전산유체역학해석

어드밴스드 서큘레이터 워터젯

엔지니어링 열 분석 보고서:

첨단 우주 시대 시스템 및 엔지니어링 기술 ASSET

Advanced Circulator Water Jet의 전산 유체 역학 해석

소개

이 보고서는 미국 표준 온도 및 압력(STP)에서 고급 순환기 워터젯에서 수행된 전산 유체 역학(CFD) 분석을 문서화합니다.

Objective

이 보고서는 표준 수영장 물 회수와 Advanced Space-age Systems & Engineering Technologies - ASSET에서 발명한 고급 순환기 워터 제트 간의 열 에너지 효율성 측면에서 차이를 결정할 것입니다. 이 보고서는 수영장 히터를 사용하거나 사용하지 않을 때 고정된 수영장 반환을 통해 고급 순환기 워터 제트를 사용할 때의 비용 절감을 문서화합니다.

보고서 형식

이 보고서는 목표에 설명된 대로 심층 분석 플롯과 세부 정보를 제공합니다. 분석 가정

이 섹션에서는 사용된 분석 가정을 나열합니다. 일반적으로 모델은 시간 종속적이지 않지만 중력 효과가 포함된 비압축성 유체에 대한 전산 유체 역학(CFD)을 사용하여 해결됩니다.

1hp 풀 펌프는 50gpm의 일반적인 유량을 생성하는 데 사용됩니다.

두 개의 수익이 있는 일반적인 풀이 고려됩니다.

물 흐름은 풀 리턴 노즐 사이에 고르게 분배됩니다.

표준 풀 리턴 및 고급 순환기 워터 제트는 모두 동일한 노즐 치수를 갖습니다.

표준 풀 반환은 제자리에 고정되어 있습니다.

고급 Circulator 워터 제트는 0.5rad/sec의 일정한 각속도로 360도 회전합니다.

주변 공기 온도는 70F입니다.

수영장으로 들어오는 온수 온도는 화씨 90도입니다.

초기 수온은 60F입니다.

모델에 사용된 4"의 일반적인 콘크리트 벽 두께.

분석 접근법

This section lists the analysis approach taken. A math simulation of water-filled pool with two returns were modeled. The analysis approach is to first calculate the effectiveness of a standard pool return by predicting the water temperature expected for a fixed return configuration. We will then compare this value to the calculated predicted temperatures for the advanced Circulator water jet.

그림 1: 수영장 물 반환의 수학적 표현

If a thermal control volume is considered to be equal to the computation domain volume then the thermal efficiency of heating the pool water can be determined by the following procedure:

위에서 언급한 가정에 대해 에너지 균형이 만들어집니다.

 Calculated energy difference will be determined by the convection eq:

Q = hc x A x DT [1]

여기서: Q = 열 에너지

hc = 열 대류 계수

A = 공기에 노출된 물의 표면적

DT = 물과 공기의 온도차.

두 개의 반환값과 두 개의 고급 순환기 워터 제트 간의 열 효율 차이가 결정되고 가정과 일반적인 에너지 비용 비율을 기반으로 비용 절감이 계산됩니다.

주변 지반으로의 열 전도, 수면에서 방출되는 복사 및 수면의 대류 손실이 열 분석 모델에서 고려됩니다.

표준 수영장 물 반환은 수평 방향을 가리키는 것으로 가정한 다음 수온 플롯을 생성했습니다. 그림 2는 표준 풀 리턴의 수온 플롯을 보여줍니다. 수영장에서 나오는 뜨거운 물이 수영장으로 되돌아갈 때 수영장 표면의 상단으로 어떻게 상승하는지 주목하십시오. 수영장 표면의 뜨거운 물은 대류와 복사에 의해 수영장 표면 위의 공기로 열 에너지를 빠르게 방출합니다. 수영장 표면의 뜨거운 물도 증발을 돕습니다.

그림 3은 표준 풀 리턴 구성에 대한 수면의 예상 온도를 보여줍니다. 수영장 반환에서 뜨거운 물은 수영장의 차가운 물과 혼합되어 부력 효과로 인해 표면으로 올라갑니다. 온수가 수영장 표면적의 10%에 영향을 미친다고 가정하면 분석된 30' X 15' 수영장에 대해 다음을 찾습니다.

Q = hc x A x DT

참조 표 2; 2-풀 회수 시스템의 경우 물의 표면 가열로만 인해 시간당 61.4BTU의 열 에너지가 추가로 손실됩니다. 이는 펌핑 8시간당 491BTU의 에너지에 해당합니다. 또한 수분 증발을 고려하면 손실된 80F 물의 갤런당 추가로 8,000BTU가 손실됩니다.

Analysis Conclusions

펌프 보존 조치로 인한 비용 절감

조건 에너지 사용

(kWh/년) 에너지 비용

($ / year) Energy Savings

오리지널 3000 240 --

펌프 교체

(다운사이징) 1800 140 40%

시간 단축 60% 1200 100 60%

Combination of above 720 60 75%

Table courtesy of Home Energy magazine. These savings represent a typical pool in Florida. The average pool pump energy bill is probably higher in Florida than in many other areas of the country because of the long swimming season. While the absolute savings here will be greater there then elsewhere, the percentage savings should apply nationwide. Note that the savings for the combination of measures are not simply the sum of savings for individual measures. When both are implemented, the energy use is 60% of 40 % of the original use - 75% savings.

표 1: 펌프 절약으로 인한 에너지 절약

한 연구에서 하루 평균 3시간 미만으로 양수 시간을 줄인 대부분의 사람들은 양수를 위해 전기 요금의 60%를 절약했습니다.

수영장 히터의 온수를 보다 효율적으로 혼합함으로써 고급 순환기 워터 제트는 하루에 최소 500Btu의 열 에너지를 절약하는 것으로 나타났습니다. 온수가 수영장 표면으로 올라가는 것을 방지하고 보다 균일한 온도 분포로 증발 손실을 줄여주기 때문에 고급 순환기 워터 제트로 훨씬 더 많은 에너지를 절약할 수 있습니다.

이 보고서는 미국 표준 온도 및 압력(STP)에서 고급 순환기 워터젯에서 수행된 전산 유체 역학(CFD) 분석을 문서화합니다. 참조: 태양 에너지로 에너지 절약 및 수영장 난방.