التحليل الديناميكي للسوائل الحسابية لـ

جهاز تداول متطور للمياه النفاثة

تقرير التحليل الحراري الهندسي عن:

أصول وتقنيات هندسية وأنظمة عصر الفضاء المتقدمة

التحليل الديناميكي الحسابي للسوائل لنفث الماء المتقدم

مقدمة

يوثق هذا التقرير تحليل ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) الذي تم إجراؤه على نفاثة مائية متطورة في Circulator عند درجة الحرارة والضغط القياسيين في الولايات المتحدة (STP).

هدف

سيحدد هذا التقرير الفرق من حيث كفاءة الطاقة الحرارية ، بين عائد مياه المسبح القياسي ونفث الماء المتطور الذي اخترعته شركة Advanced Space-Age Systems & Engineering Technologies - ASSET. سيوثق هذا التقرير التوفير في التكلفة لاستخدام النفاثة المائية المتطورة Circulator على عائد ثابت للمسبح عند استخدامه مع أو بدون سخانات حمامات السباحة.

شكل التقرير

سيقدم هذا التقرير مؤامرات وتفاصيل تحليل متعمق كما هو موضح في الهدف. افتراضات التحليل

يسرد هذا القسم افتراضات التحليل المستخدمة. بشكل عام ، سيتم حل النموذج باستخدام ديناميكيات السوائل الحسابية (CFD) للسوائل غير القابلة للضغط ، والتي لا تعتمد على الوقت ولكن مع تضمين تأثيرات الجاذبية.

تُستخدم مضخة تجمع 1 حصان لتوليد معدل تدفق نموذجي يبلغ 50 جالونًا في الدقيقة.

يتم اعتبار تجمع نموذجي مع عائدين.

يتم توزيع تدفق المياه بالتساوي بين فوهات عودة البركة

كل من العائد القياسي لحمام السباحة ونفث الماء المتطور لهما نفس أبعاد الفوهة.

يتم إصلاح العائد القياسي للمجمع في مكانه

يدور جهاز الدوران المائي المتقدم 360 درجة بسرعة زاوية ثابتة تبلغ 0.5 راد / ثانية.

درجة حرارة الهواء المحيط 70 درجة فهرنهايت.

درجة حرارة الماء الساخن عند دخول البركة هي 90 درجة فهرنهايت.

درجة حرارة الماء الأولية 60 درجة فهرنهايت.

سمك الجدار الخرساني النموذجي 4 "المستخدم في النموذج.

نهج التحليل

يسرد هذا القسم نهج التحليل المتبع. تمت محاكاة محاكاة رياضية لحوض سباحة مملوء بالماء مع رجوعين. يتمثل نهج التحليل أولاً في حساب فعالية عائد البركة القياسي من خلال التنبؤ بدرجة حرارة الماء المتوقعة لتكوين عائد ثابت. سنقوم بعد ذلك بمقارنة هذه القيمة بدرجات الحرارة المتوقعة المحسوبة لنفث الماء المتقدم.

الشكل 1: التمثيل الرياضي لعودة مياه البركة

إذا تم اعتبار حجم التحكم الحراري مساويًا لحجم مجال الحساب ، فيمكن تحديد الكفاءة الحرارية لتسخين مياه المسبح من خلال الإجراء التالي:

يتم عمل توازن الطاقة للافتراضات المذكورة أعلاه.

سيتم تحديد فرق الطاقة المحسوب بواسطة مكافئ الحمل:

Q = hc x A x DT [1]

حيث: Q = الطاقة الحرارية

hc = معامل الحمل الحراري

A = مساحة سطح الماء المعرضة للهواء

DT = فرق درجة الحرارة بين الماء والهواء.

سيتم بعد ذلك تحديد فرق الكفاءة الحرارية بين المرتجعتين ونفاثتي الماء المتقدمتين للدائرة الكهربائية وسيتم حساب توفير التكلفة بناءً على الافتراضات ومعدل تكلفة الطاقة النموذجي.

سيتم النظر في التوصيل الحراري إلى الأرض المحيطة والإشعاع من سطح الماء والفقد الحراري لسطح الماء في نموذج التحليل الحراري.

تم افتراض أن العائد القياسي لمياه البركة يتم توجيهه في اتجاه أفقي ، ومن ثم تم إنشاء مخطط درجة حرارة الماء. يوضح الشكل 2 مخططًا لدرجة حرارة الماء من عائد قياسي لحمام السباحة. لاحظ كيف يرتفع الماء الساخن عند خروجه من المسبح إلى أعلى سطح المسبح. سيطلق الماء الساخن على سطح البركة بسرعة الطاقة الحرارية عن طريق الحمل الحراري والإشعاع في الهواء فوق سطح البركة. سيساعد الماء الساخن على سطح البركة أيضًا على التبخر.

يوضح الشكل 3 درجة الحرارة المتوقعة على سطح الماء لتكوين قياسي لعودة البركة. يختلط الماء الساخن من عودة البركة مع الماء البارد للمسبح ويرتفع إلى السطح بسبب تأثيرات الطفو. إذا افترضنا أن الماء الساخن يؤثر على 10٪ من مساحة سطح المسبح ، فعند تحليل تجمع 30 'X 15' نجد:

Q = hc x A x DT

الجدول المرجعي 2 ؛ بالنسبة لنظام الإرجاع ذي البركتين ، يتم فقد 61.4 وحدة حرارية بريطانية / ساعة إضافية من الطاقة الحرارية بسبب التسخين السطحي للمياه فقط. هذا يعادل 491 وحدة حرارية بريطانية من الطاقة لكل 8 ساعات من الضخ. بالإضافة إلى ذلك ، إذا أخذنا في الحسبان تبخر المياه ، يتم فقد 8000 وحدة حرارية بريطانية إضافية مقابل كل جالون 80 فهرنهايت من الماء المفقود.

استنتاجات التحليل

التوفير من تدابير الحفاظ على المضخة

حالة استخدام الطاقة

(كيلوواط ساعة / سنة) تكلفة الطاقة

(دولار / سنة) توفير الطاقة

الأصل 3000240 -

استبدال المضخة

(تقليص الحجم) 1800140 40٪

تقليل الوقت 60٪ 1200100 60٪

مزيج من فوق 720 60 75٪

الجدول بإذن من مجلة Home Energy. تمثل هذه المدخرات مجموعة نموذجية في فلوريدا. من المحتمل أن يكون متوسط فاتورة طاقة مضخة المسبح أعلى في فلوريدا منه في العديد من المناطق الأخرى في البلاد بسبب موسم السباحة الطويل. في حين أن المدخرات المطلقة هنا ستكون أكبر منها في أي مكان آخر ، يجب أن تطبق النسبة المئوية للوفورات على الصعيد الوطني. لاحظ أن المدخرات لمجموعة التدابير ليست مجرد مجموع المدخرات للمقاييس الفردية. عند تنفيذ كلاهما ، يكون استخدام الطاقة 60٪ من 40٪ من الاستخدام الأصلي - 75٪ توفير.

الجدول 1: توفير الطاقة من خلال الحفاظ على المضخة

في إحدى الدراسات ، وفر معظم الأشخاص الذين خفضوا وقت الضخ إلى أقل من 3 ساعات يوميًا في المتوسط 60٪ من فاتورة الكهرباء الخاصة بهم للضخ.

من خلال المزج الأكثر كفاءة للمياه الساخنة من سخان حمام السباحة ، فقد ثبت أن جهاز Circulator المائي المتقدم يوفر ما لا يقل عن 500 وحدة حرارية بريطانية من الطاقة الحرارية يوميًا. سيتم تحقيق الكثير من التوفير في الطاقة من خلال جهاز التدوير المائي المتقدم ، حيث سيتم منع الماء الساخن من الارتفاع إلى سطح البركة وبتوزيع أكثر اتساقًا لدرجة الحرارة مما يؤدي إلى تقليل فقد التبخر.

يوثق هذا التقرير تحليل ديناميكيات السوائل الحسابية (CFD) الذي تم إجراؤه على نفاثة مائية متطورة في Circulator عند درجة الحرارة والضغط القياسيين في الولايات المتحدة (STP). المرجع: الحفاظ على الطاقة وتدفئة حمام السباحة الخاص بك بالطاقة الشمسية.