計算流体力学解析

高度なサーキュレーター ウォーター ジェット

次のエンジニアリング熱分析レポート:

高度な宇宙時代のシステムとエンジニアリング技術 ASSET

高度なサーキュレーター ウォーター ジェットの数値流体力学解析

序章

このレポートは、米国標準の温度と圧力 (STP) で高度なサーキュレーター ウォーター ジェットで実行された計算流体力学 (CFD) 分析を文書化しています。

目的

このレポートは、熱エネルギー効率の観点から、標準的なプールの水の戻りと、Advanced Space-age Systems & Engineering Technologies - ASSET によって発明された高度なサーキュレーター ウォーター ジェットとの違いを判断します。このレポートでは、プール ヒーターの有無にかかわらず、固定プール リターンで高度なサーキュレーター ウォーター ジェットを使用することによるコスト削減について説明します。

レポート形式

このレポートは、目標で説明されているように、詳細な分析プロットと詳細を示します。分析の仮定

このセクションでは、使用される分析の仮定をリストします。一般に、モデルは非圧縮性流体の数値流体力学 (CFD) を使用して解決されます。これは時間依存ではありませんが、重力効果が含まれています。

1 hp のプール ポンプを使用して、50 gpm の典型的な流量を生成します。

2 つのリターンを持つ典型的なプールが考慮されます。

水の流れは、プールの戻りノズルに均等に分配されます

標準のプール リターンと高度なサーキュレーター ウォーター ジェットのノズル寸法は同じです。

標準プールのリターンは固定されています

高度なサーキュレーター ウォーター ジェットは、0.5 rad/sec の一定の角速度で 360 度回転します。

周囲の気温は華氏 70 度です。

プールに入る温水の温度は華氏 90 度です。

初期水温は 60 F です。

モデルで使用される典型的なコンクリート壁の厚さは 4 インチです。

分析アプローチ

このセクションでは、採用した分析アプローチをリストします。 2 つのリターンを持つ水で満たされたプールの数学シミュレーションがモデル化されました。分析アプローチは、最初に、固定リターン構成で予想される水温を予測することにより、標準プール リターンの有効性を計算することです。次に、この値を、高度なサーキュレーター ウォーター ジェットの計算された予測温度と比較します。

図 1: プールの水の戻りの数学的表現

熱制御体積が計算領域体積と等しいと見なされる場合、プール水を加熱する熱効率は次の手順で決定できます。

エネルギーバランスは、上記の仮定に対して行われます。

計算されたエネルギー差は、対流方程式によって決定されます。

Q = hc x A x DT [1]

ここで: Q = 熱エネルギー

hc = 熱対流係数

A = 空気にさらされる水の表面積

DT = 水と空気の温度差。

次に、2 つのリターンと 2 つの高度なサーキュレーター ウォーター ジェットの間の熱効率の差が決定され、仮定と典型的なエネルギー コスト率に基づいてコスト削減が計算されます。

周囲の地面への熱伝導、水面からの放射、および水面の対流損失は、熱解析モデルで考慮されます。

標準的なプールの水の戻りは、水平方向に向けられていると仮定され、次に水温プロットが生成されました。図 2 は、標準的なプール リターンからの水温のプロットを示しています。プールから出たお湯がプールの表面の上部にどのように上昇するかに注目してください。プールの表面の温水は、プールの表面の上の空気への対流と放射によって熱エネルギーを急速に放出します。プールの表面のお湯も蒸発を助けます。

図 3 は、標準的なプール リターン構成の水面の予測温度を示しています。プールの戻りからの温水は、プールの冷たい水と混ざり合い、浮力効果により水面に上昇します。温水がプールの表面積の 10% に影響すると仮定すると、30' X 15' のプールを分析すると、次のことがわかります。

Q = hc×A×DT

参照表 2; 2 つのプールの戻りシステムの場合、水の表面加熱のみにより、さらに 61.4 BTU/hr の熱エネルギーが失われます。これは、8 時間のポンピングごとに 491 BTU のエネルギーに相当します。さらに、水の蒸発を考慮に入れると、失われる 80 F の水 1 ガロンごとにさらに 8,000 BTU が失われます。

分析の結論

ポンプ保全対策による節約

条件 エネルギー使用量

(kWh/年) エネルギーコスト

($/年) 省エネ

オリジナル 3000 240 --

ポンプの交換

（ダウンサイジング） 1800 140 40%

短縮時間 60% 1200 100 60%

以上の組み合わせ 720 60 75%

表は Home Energy 誌提供。これらの節約は、フロリダの典型的なプールを表しています。スイミング シーズンが長いため、フロリダの平均的なプール ポンプのエネルギー料金は、他の多くの地域よりもおそらく高くなります。ここでの絶対的な節約は他の場所よりも大きくなりますが、節約のパーセンテージは全国的に適用されるはずです。対策の組み合わせによる節約は、個々の対策の節約の単純な合計ではないことに注意してください。両方を実装すると、エネルギー使用量は元の使用量の 40% の 60% になり、75% の節約になります。

表 1: ポンプの節約によるエネルギーの節約

ある調査では、さく乳時間を 1 日平均 3 時間未満に短縮したほとんどの人が、さく乳の電気代を 60% 節約できました。

プールヒーターからの温水をより効率的に混合することにより、高度なサーキュレーターウォータージェットは、1 日あたり最低 500 Btu の熱エネルギーを節約することが示されています。温水がプールの表面に上昇するのを防ぎ、より均一な温度分布により蒸発損失が少なくなるため、高度なサーキュレーターウォータージェットによって、はるかに多くのエネルギー節約が実現されます。

このレポートは、米国標準温度および圧力 (STP) で高度なサーキュレーター ウォーター ジェットで実行された数値流体力学 (CFD) 分析を文書化しています。参照: 太陽エネルギーを使用した省エネとプールの暖房。