Analisi fluidodinamica computazionale di

Avanzato getto d'acqua a circolazione

Rapporto di analisi termica ingegneristica per:

Sistemi avanzati dell'era spaziale e tecnologie ingegneristiche ASSET

Analisi fluidodinamica computazionale del getto d'acqua avanzato del circolatore

introduzione

Questo rapporto documenta l'analisi della fluidodinamica computazionale (CFD) eseguita su un avanzato getto d'acqua a circolatore a temperatura e pressione standard statunitensi (STP).

Obbiettivo

Questo rapporto determinerà la differenza in termini di efficienza energetica termica, tra un ritorno dell'acqua di una piscina standard e l'avanzato getto d'acqua Circulator inventato da Advanced Space-age Systems & Engineering Technologies - ASSET. Questo rapporto documenterà i risparmi sui costi derivanti dall'utilizzo del getto d'acqua circolatore avanzato su un ritorno fisso della piscina quando utilizzato con o senza riscaldatori per piscina.

Formato rapporto

Questo rapporto presenterà trame di analisi approfondite e dettagli come descritto nell'obiettivo. Ipotesi di analisi

Questa sezione elenca le ipotesi di analisi utilizzate. In generale il modello sarà risolto utilizzando la fluidodinamica computazionale (CFD) per fluidi incomprimibili, che non è dipendente dal tempo ma con effetti gravitazionali inclusi.

Una pompa per piscina da 1 hp viene utilizzata per generare una portata tipica di 50 gpm.

Viene considerato un tipico pool con due rendimenti.

Il flusso d'acqua è distribuito uniformemente tra gli ugelli di ritorno della piscina

Il ritorno della piscina standard e l'avanzato getto d'acqua Circolatore hanno entrambi le stesse dimensioni dell'ugello.

Il rendimento del pool standard è fisso

Il getto d'acqua del circolatore avanzato ruota di 360 gradi a una velocità angolare costante di 0,5 rad/sec.

La temperatura dell'aria ambiente è di 70 F.

La temperatura dell'acqua riscaldata che entra in piscina è di 90 F.

La temperatura iniziale dell'acqua è di 60 F.

Spessore tipico della parete di cemento di 4" utilizzato nel modello.

Approccio di analisi

Questa sezione elenca l'approccio di analisi adottato. È stata modellata una simulazione matematica di una piscina piena d'acqua con due rendimenti. L'approccio di analisi consiste nel calcolare innanzitutto l'efficacia di un ritorno standard di una piscina prevedendo la temperatura dell'acqua prevista per una configurazione di ritorno fissa. Confronteremo quindi questo valore con le temperature previste calcolate per il getto d'acqua del circolatore avanzato.

Figura 1: Rappresentazione matematica di un ritorno dell'acqua di una piscina

Se un volume di controllo termico è considerato uguale al volume del dominio di calcolo, l'efficienza termica del riscaldamento dell'acqua della piscina può essere determinata mediante la procedura seguente:

Viene effettuato un bilancio energetico per le ipotesi di cui sopra.

La differenza di energia calcolata sarà determinata dall'eq di convezione:

Q = hc x A x DT [1]

Dove: Q = energia termica

hc = coefficiente di convezione termica

A = superficie dell'acqua esposta all'aria

DT = differenza di temperatura tra l'acqua e l'aria.

Verrà quindi determinata la differenza di efficienza termica tra i due ritorni e i due getti d'acqua avanzati del Circolatore e verrà calcolato un RISPARMIO DI COSTO sulla base delle ipotesi e di un tasso di costo energetico tipico.

Nel modello di analisi termica verranno considerate la conduzione termica nel terreno circostante, l'irraggiamento dalla superficie dell'acqua e le perdite convettive della superficie dell'acqua.

Si presumeva che il ritorno dell'acqua della piscina standard fosse puntato in direzione orizzontale, quindi è stato generato un grafico della temperatura dell'acqua. La figura 2 mostra un grafico della temperatura dell'acqua da un ritorno di una piscina standard. Nota come l'acqua calda che esce dal ritorno della piscina sale sulla superficie della piscina. L'acqua calda sulla superficie della piscina rilascerà rapidamente energia termica per convezione e irraggiamento nell'aria sopra la superficie della piscina. Anche l'acqua calda sulla superficie della piscina aiuterà l'evaporazione.

La figura 3 mostra la temperatura prevista sulla superficie dell'acqua per una configurazione standard di ritorno della piscina. L'acqua calda di ritorno della piscina si mescola con l'acqua fredda della piscina e sale in superficie per effetto di galleggiamento. Se assumiamo che l'acqua calda influisca sul 10% della superficie della piscina, per una piscina analizzata di 30' X 15' troviamo:

Q = hc x A x DT

Tabella di riferimento 2; per un sistema di ritorno a due piscine si perdono ulteriori 61,4 BTU/ora di energia termica a causa del solo riscaldamento superficiale dell'acqua. Ciò equivale a 491 BTU di energia per ogni 8 ore di pompaggio. Inoltre, se si tiene conto dell'evaporazione dell'acqua, si perdono ulteriori 8.000 BTU per ogni gallone di 80 F di acqua perso.

Conclusioni dell'analisi

Risparmio dalle misure di conservazione della pompa

Condizione Consumo di energia

(kWh/anno) Costo dell'energia

($ / anno) Risparmio energetico

Originale 3000 240 --

Sostituzione della pompa

(ridimensionamento) 1800 140 40%

Tempo ridotto 60% 1200 100 60%

Combinazione di oltre 720 60 75%

Tabella per gentile concessione della rivista Home Energy. Questi risparmi rappresentano un tipico pool in Florida. La bolletta energetica media della pompa della piscina è probabilmente più alta in Florida che in molte altre aree del paese a causa della lunga stagione balneare. Mentre i risparmi assoluti qui saranno maggiori là che altrove, la percentuale di risparmio dovrebbe applicarsi a livello nazionale. Si noti che i risparmi per la combinazione di misure non sono semplicemente la somma dei risparmi per le singole misure. Quando entrambi sono implementati, il consumo di energia è del 60% del 40% dell'uso originale - 75% di risparmio.

Tabella 1: Risparmio energetico dalla conservazione della pompa

In uno studio, la maggior parte delle persone che hanno ridotto il tempo di pompaggio a meno di 3 ore al giorno hanno risparmiato in media il 60% della bolletta dell'elettricità per il pompaggio.

Grazie a una miscelazione più efficiente dell'acqua calda dal riscaldatore della piscina, è stato dimostrato che il getto d'acqua avanzato del circolatore consente di risparmiare un minimo di 500 Btu di energia termica al giorno. Molto più risparmio energetico sarà realizzato dall'avanzato getto d'acqua Circolatore, poiché l'acqua calda verrà impedita dalla risalita sulla superficie della piscina e da una distribuzione della temperatura più uniforme con conseguente minore perdita per evaporazione.

Questo rapporto documenta l'analisi della fluidodinamica computazionale (CFD) eseguita su un avanzato getto d'acqua a circolatore a temperatura e pressione standard statunitensi (STP). Riferimento: Risparmiare energia e riscaldare la tua piscina con l'energia solare.