شبیه سازی عددی مبدل حرارتی زمین گرمایی مجهز به توربولاتور حاوی نانوسیال هیبریدی دو فاز

Abstract

این مطالعه یک مبدل حرارتی زمین گرمایی را به صورت عددی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی شبیه‌سازی کرد. مبدل حرارتی زمین گرمایی مجهز به یک توربولاتور و ترکیبی همزمان از توربولاتور و مولد گرداب است که با یک نانوسیال دو فازی نانولوله کربنی-مس/آب هیبریدی پر شده است. هندسه مبدل حرارتی زمین گرمایی با استفاده از Ansys Fluent به صورت سه بعدی تحلیل می شود. به منظور مدلسازی ویسکوزیته و جریان دو فازی به ترتیب از مدل آشفتگی K-Epsilon Realizable و مدل مخلوط استفاده شده است. این مطالعه اقلیمی با فرض اقلیم گرم نیمه خشک استان اصفهان در عمق 1 متری زمین انجام شد. نتایج به‌دست‌آمده از این مطالعه نشان می‌دهد که با افزایش سرعت ورودی در مبدل حرارتی زمین‌گرمایی و کسر حجمی نانوذرات، عملکرد حرارتی و افت فشار در تمامی مراحل شبیه‌سازی عددی افزایش می‌یابد. همچنین حداکثر عملکرد حرارتی مبدل زمین گرمایی هنگام استفاده از ترکیب توربولاتور و مولد گرداب 4 درصد کسر حجمی و عدد رینولدز 32000 می باشد و همچنین شاخص ارزیابی حرارتی-هیدرولیکی در تمامی موارد بیشتر از 1 می باشد. بنابراین استفاده از توربولاتور، ورتکس مولد و ترکیبی از مولد گرداب و توربولاتور به طور همزمان در مبدل زمین گرمایی از نظر شاخص معیارهای ارزیابی عملکرد مطلوب است. علاوه بر این، افزایش عدد رینولدز در ورودی مبدل حرارتی زمین گرمایی باعث افزایش راندمان اگزرژی می شود.