Υπολογιστική Ρευστοδυναμική Ανάλυση του

Advanced Circulator Water Jet

Έκθεση Μηχανικής Θερμικής Ανάλυσης για:

Προηγμένα Συστήματα Διαστημικής Εποχής & Μηχανικές Τεχνολογίες ASSET

Υπολογιστική Δυναμική Ανάλυση Ρευστών Προηγμένης Πίδακας Νερού Κυκλοφορητή

Εισαγωγή

Αυτή η αναφορά τεκμηριώνει την ανάλυση υπολογιστικής δυναμικής ρευστών (CFD) που έγινε σε προηγμένο πίδακα νερού Circulator σε τυπική θερμοκρασία και πίεση των ΗΠΑ (STP).

Σκοπός

Αυτή η αναφορά θα καθορίσει τη διαφορά όσον αφορά την απόδοση θερμικής ενέργειας, μεταξύ μιας τυπικής επιστροφής νερού πισίνας και του προηγμένου πίδακα νερού Circulator που εφευρέθηκε από την Advanced Space-age Systems & Engineering Technologies - ASSET. Αυτή η αναφορά θα τεκμηριώσει την εξοικονόμηση κόστους από τη χρήση του προηγμένου πίδακα νερού Circulator σε σταθερή επιστροφή πισίνας όταν χρησιμοποιείται με ή χωρίς θερμαντήρες πισίνας.

Μορφή αναφοράς

Αυτή η έκθεση θα παρουσιάσει γραφικά και λεπτομέρειες εις βάθος ανάλυσης όπως περιγράφονται στον στόχο. Υποθέσεις ανάλυσης

Αυτή η ενότητα παραθέτει τις παραδοχές ανάλυσης που χρησιμοποιήθηκαν. Γενικά το μοντέλο θα λυθεί χρησιμοποιώντας υπολογιστική δυναμική ρευστών (CFD) για ασυμπίεστα ρευστά, η οποία δεν εξαρτάται από το χρόνο, αλλά περιλαμβάνει βαρυτικά φαινόμενα.

Μια αντλία πισίνας 1hp χρησιμοποιείται για τη δημιουργία τυπικού ρυθμού ροής 50 gpm.

Μια τυπική πισίνα με δύο επιστροφές θεωρείται.

Η ροή του νερού κατανέμεται ομοιόμορφα μεταξύ των ακροφυσίων επιστροφής της πισίνας

Η τυπική επιστροφή πισίνας και ο προηγμένος πίδακας νερού Circulator έχουν και τα δύο τις ίδιες διαστάσεις ακροφυσίου.

Η τυπική επιστροφή της πισίνας είναι σταθερή στη θέση της

Ο προηγμένος πίδακας νερού Circulator περιστρέφεται 360 μοίρες με σταθερή γωνιακή ταχύτητα 0,5 rad/sec.

Η θερμοκρασία του αέρα περιβάλλοντος είναι 70 F.

Η θερμοκρασία του θερμαινόμενου νερού που εισέρχεται στην πισίνα είναι 90 F.

Η αρχική θερμοκρασία του νερού είναι 60 F.

Τυπικό πάχος τοίχου από σκυρόδεμα 4" που χρησιμοποιείται στο μοντέλο.

Προσέγγιση ανάλυσης

Αυτή η ενότητα παραθέτει την προσέγγιση ανάλυσης που ακολουθήθηκε. Μοντελοποιήθηκε μια μαθηματική προσομοίωση πισίνας γεμάτη νερό με δύο επιστροφές. Η προσέγγιση ανάλυσης είναι να υπολογιστεί πρώτα η αποτελεσματικότητα μιας τυπικής επιστροφής πισίνας με την πρόβλεψη της αναμενόμενης θερμοκρασίας του νερού για μια σταθερή διαμόρφωση επιστροφής. Στη συνέχεια, θα συγκρίνουμε αυτήν την τιμή με τις υπολογιζόμενες προβλεπόμενες θερμοκρασίες για τον προηγμένο πίδακα νερού Circulator.

Εικόνα 1: Μαθηματική αναπαράσταση επιστροφής νερού πισίνας

Εάν ένας όγκος θερμικού ελέγχου θεωρείται ίσος με τον όγκο του τομέα υπολογισμού, τότε η θερμική απόδοση της θέρμανσης του νερού της πισίνας μπορεί να προσδιοριστεί με την ακόλουθη διαδικασία:

Γίνεται ενεργειακό ισοζύγιο για τις παραπάνω παραδοχές.

Η υπολογισμένη διαφορά ενέργειας θα προσδιοριστεί από την εξίσωση μεταφοράς:

Q = hc x A x DT [1]

Όπου: Q = θερμική ενέργεια

hc = συντελεστής θερμικής μεταφοράς

A = επιφάνεια του νερού που εκτίθεται στον αέρα

DT = διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του νερού και του αέρα.

Στη συνέχεια θα προσδιοριστεί η διαφορά θερμικής απόδοσης μεταξύ των δύο επιστροφών και των δύο προηγμένων εκτοξευτήρων νερού Circulator και θα υπολογιστεί μια ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΚΟΣΤΟΥΣ με βάση τις παραδοχές και ένα τυπικό ποσοστό κοστολόγησης ενέργειας.

Η θερμική αγωγιμότητα στο περιβάλλον έδαφος, η ακτινοβολία από την επιφάνεια του νερού και οι απώλειες μεταφοράς της επιφάνειας του νερού θα ληφθούν υπόψη στο μοντέλο θερμικής ανάλυσης.

Η τυπική επιστροφή νερού πισίνας θεωρήθηκε ότι είναι στραμμένη σε οριζόντια κατεύθυνση και στη συνέχεια δημιουργήθηκε ένα διάγραμμα θερμοκρασίας νερού. Το σχήμα 2 δείχνει μια γραφική παράσταση της θερμοκρασίας του νερού από μια τυπική επιστροφή πισίνας. Σημειώστε πώς το ζεστό νερό καθώς εξέρχεται από την επιστροφή της πισίνας ανεβαίνει στην κορυφή της επιφάνειας της πισίνας. Το ζεστό νερό στην επιφάνεια της πισίνας θα απελευθερώσει γρήγορα θερμική ενέργεια μέσω μεταφοράς και ακτινοβολίας στον αέρα πάνω από την επιφάνεια της πισίνας. Το ζεστό νερό στην επιφάνεια της πισίνας θα βοηθήσει επίσης στην εξάτμιση.

Το σχήμα 3 δείχνει την προβλεπόμενη θερμοκρασία στην επιφάνεια του νερού για μια τυπική διαμόρφωση επιστροφής πισίνας. Το ζεστό νερό από την επιστροφή της πισίνας αναμιγνύεται με το δροσερό νερό της πισίνας και ανεβαίνει στην επιφάνεια λόγω των φαινομένων άνωσης. Αν υποθέσουμε ότι το ζεστό νερό επηρεάζει το 10% της επιφάνειας της πισίνας, τότε για μια πισίνα 30' Χ 15' που αναλύθηκε βρίσκουμε:

Q = hc x A x DT

Πίνακας αναφοράς 2; Για ένα σύστημα επιστροφής δύο πισινών χάνεται επιπλέον 61,4 BTU/ώρα θερμικής ενέργειας λόγω της επιφανειακής θέρμανσης του νερού μόνο. Αυτό ισοδυναμεί με 491 BTU ενέργειας για κάθε 8 ώρες άντλησης. Επιπλέον, αν λάβουμε υπόψη την εξάτμιση νερού, χάνονται επιπλέον 8.000 BTU για κάθε γαλόνι 80 F νερού που χάνεται.

Συμπεράσματα ανάλυσης

Εξοικονόμηση από τα μέτρα διατήρησης της αντλίας

Κατάσταση Χρήση ενέργειας

(kWh/έτος) Κόστος Ενέργειας

($ / έτος) Εξοικονόμηση ενέργειας

Πρωτότυπο 3000 240 --

Αντικατάσταση αντλίας

(μείωση) 1800 140 40%

Μειωμένος χρόνος 60% 1200 100 60%

Συνδυασμός άνω των 720 60 75%

Τραπέζι ευγενική προσφορά του περιοδικού Home Energy. Αυτές οι οικονομίες αντιπροσωπεύουν μια τυπική πισίνα στη Φλόριντα. Ο μέσος λογαριασμός ενέργειας της αντλίας πισίνας είναι πιθανώς υψηλότερος στη Φλόριντα από ό,τι σε πολλές άλλες περιοχές της χώρας λόγω της μεγάλης κολυμβητικής περιόδου. Ενώ η απόλυτη εξοικονόμηση εδώ θα είναι μεγαλύτερη εκεί παρά αλλού, το ποσοστό εξοικονόμησης θα πρέπει να ισχύει σε εθνικό επίπεδο. Σημειώστε ότι οι εξοικονομήσεις για το συνδυασμό μέτρων δεν είναι απλώς το άθροισμα των εξοικονομήσεων για μεμονωμένα μέτρα. Όταν εφαρμόζονται και τα δύο, η χρήση ενέργειας είναι 60% του 40% της αρχικής χρήσης - 75% εξοικονόμηση.

Πίνακας 1: Εξοικονόμηση ενέργειας από εξοικονόμηση αντλιών

Σε μια μελέτη, οι περισσότεροι άνθρωποι που μείωσαν τον χρόνο άντλησης σε λιγότερο από 3 ώρες την ημέρα κατά μέσο όρο εξοικονόμησαν το 60% του λογαριασμού ηλεκτρικής ενέργειας τους για άντληση.

Με πιο αποτελεσματική ανάμιξη ζεστού νερού από το θερμαντήρα πισίνας, ο προηγμένος πίδακας νερού Circulator έχει αποδειχθεί ότι εξοικονομεί τουλάχιστον 500 Btu θερμικής ενέργειας την ημέρα. Πολύ περισσότερη εξοικονόμηση ενέργειας θα πραγματοποιηθεί με τον προηγμένο πίδακα νερού Circulator, καθώς το ζεστό νερό θα συγκρατείται από την άνοδο στην επιφάνεια της πισίνας και με μια πιο ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας με αποτέλεσμα λιγότερες απώλειες εξάτμισης.

Αυτή η αναφορά τεκμηριώνει την ανάλυση υπολογιστικής δυναμικής ρευστών (CFD) που έγινε σε προηγμένο πίδακα νερού Circulator σε τυπική θερμοκρασία και πίεση των ΗΠΑ (STP). Αναφορά: Εξοικονόμηση Ενέργειας και Θέρμανση της Πισίνας σας με Ηλιακή Ενέργεια.