توسعه یک سامانه پویای نوین سایه‌انداز گلخانه حاوی سیال به‌ روش دینامیک سیالات محاسباتی: اعتبارسنجی و مطالعات هیدرولیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

10.22034/jrmam.2022.10069.548

چکیده

یکی
از روش‌های بهبود عملکرد حرارتی/ سرمایشی ‌گلخانه‌ها استفاده از عایق های
حرارتی/ سایه‌انداز است. در این پژوهش رفتار یک سامانه سایه‌انداز پویای
نوین ساخته‌شده از صفحات پلی کربنات دولایه که حاوی سیال در بین آنها می
باشد بروش عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در این سامانه با توجه به نیاز
سرمایشی و یا گرمایشی و به منظور کنترل تشعشع ورودی و یا خروجی از گلخانه
سیال مناسبی به‌وسیله یک پمپ هیدرولیک به مجاری بین صفحات پلی‌کربنات پمپاژ
می‌شود. مطالعه پارامترهای هیدرولیکی شامل فشار و سرعت سیال داخل مجاری
بین صفحات می‌تواند برای طراحی مناسب سایه‌انداز به منظور کمینه کردن انرژی
مورد نیاز برای اجرای این سامانه، بسیار سودمند باشد. از روش دینامیک
سیالات محاسباتی (CFD) و مدل آشفتۀ k-ε استاندارد برای شبیه‌سازی جریان
آشفته در داخل مجرای سایه‌انداز استفاده شد. با اعتبارسنجی بین داده‌های
تجربی و عددی، بطور متوسط اختلافی کمتر از ۵ درصد بین افت فشار داده‌های
تجربی و عددی بدست آمد. در ادامه مقدار سرعت بیشینه ۹۶/۰ متر بر ثانیه برای
داخل مجرا بدست آمد. تحلیل رفتار سامانه در حالت های مختلف سری (ورودی و
خرجی منفرد) و موازی (ورودی و خروجی چند تایی) نشان داد که مقدار افت فشار
برای حالت سری ۳۷۹۳ پاسکال و برای حالت موازی با سه ورودی و خروجی ۳۴۳۹
پاسکال بدست آمد که نشان دهنده کاهش ۳/۹ درصدی افت فشار برای طرح نوآورانه و
پیشنهادی است. بنابراین در توسعه سامانه در مقیاس تجاری باید پیکربندی
موازی آن مد نظر قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Developing of a novel fluid greenhouse shading system by computational fluid dynamics: Validation and hydraulic studies

نویسنده [English]

  • Mohammad Hossein Abbaspour-Fard

چکیده [English]

One way of improving the thermal performance of greenhouses is using thermal insulators (thermal shading). In this study, the behavior of a novel dynamic shading system made of two-layer polycarbonate plates containing fluid was investigated by numerical method. In this system, according to the cooling and heating requirements also to control the incoming or outgoing radiation from the greenhouse, the appropriate fluid was pumped into the ducts between the polycarbonate plates by a hydraulic pump. Studying the hydraulic parameters, including intra-duct pressure and fluid velocity between plates, can be very useful for the proper design of the shading to minimize the energy required and run the system. The computational fluid dynamics (CFD) method and standard k-ε turbulence model simulated turbulent flow inside the shading ducts. Validation between experimental and numerical data showed an average difference of less than 5 percent between the experimental and numerical pressure drop data. The maximum velocity value of 0.96 ms-1 was obtained for the ducts inside. In comparison, the system pressure drops in single (series) and triple modes (parallel) it was 3793 Pa for the latter and 3439 Pa for the former, which indicates 9.3% decrease in pressure drop for the innovative and proposed design. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Computational Fluid Dynamics
  • Shading
  • Greenhouse
  • Pressure drop