پایان نامه رایگان با موضوع اعتبار سنجی، شبیه سازی

صفحه طولی در 12.8 ثانیه
شکل ‏5102 کانتور دما در صفحه طولی در 20.8 ثانیه
کلکتور بعد از گذشت 20 ثانیه، به حالت پایا میرسد و در این حالت حداکثر دمای سیستم به حدود 500 درجه سانتیگراد خواهد بود.
شکل ‏5103 کانتور دما در صفحه طولی در 35 ثانیه
5-4-20-مقایسه توزیع دما در سرامیک بالایی.
با توجه به مطالب بیان شده، در تمامی حالات، حداکثر دمای سرامیک، در سرامیک بالایی دیده میشود. توزیع دما بر روی خطی که از راستای طولی سرامیک بالایی (مطابق شکل 7) عبور کرده است در شکل ‏5104 نمایش داده شده است. با توجه به شکل ‏5105 کمترین دما در حالت استفاده از سرامیک برلیا مشاهده میشود.
شکل ‏5104 نمای سه بعدی از کلکتور و خط عبورکننده از سرامیک بالایی
شکل ‏5105 توزیع دما بر راستای طولی سرامیک بالایی
5-5-اعتبار سنجی
اعتبار سنجی در حالت استفاده از سرامیک برلیا با دمای پایه خنککننده 70 درجه سانتیگراد انجام پذیرفته است. سنسور دما بر بالای رینگهای آببندی ابتدایی و انتهایی، محل حداکثر دما در بدنه خارجی، پایه خنککننده و صفحه انتهایی مستقر بوده و دما را در حالت عملکرد، اندازهگیری نموده است. در شکل ‏5106 نتایج حاصل از آزمایش و شبیهسازی نمایش داده شده است.
شکل ‏5106 اعتبار سنجی
پس از بررسی نتایج حاصل از شبیهسازی نمونه شماره 1، به بررسی نتایج شبیهسازی نمونه شماره دو که کلکتوری با توان 3000 وات و ابعاد متفاوت میباشد پرداخته میشود. برای مش بندی نمونه شماره 2 از 886042 المان استفاده شده است.
در این بخش خط ماکزیمم دما مطابق شکل ‏5107 تا شکل ‏5109 تعریف شده است.
شکل ‏5107 نمای سه بعدی خط ماکزیمم دما
شکل ‏5108 نمای روبروی خط ماکزیمم دما
شکل ‏5109 نمای کناری خط ماکزیمم دما
5-6-نتایج حاصل از شبیهسازی نمونه شماره 2 در نرمافزار CFX
5-6-1-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی ثابت (حالت 20)
در این حالت دمای سطح زیرین پایه آلومینیومی که در تماس با مبدل حرارتی قرار دارد، برابر با 50 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شد، همچنین ضریب هدایت حرارتی در تمامی قسمتها ثابت فرض گردید؛ در این حالت نتایج ذیل بدست آمده است.
کانتور دما در صفحات طولی و عرضی در شکل ‏5110 و شکل ‏5111 نمایش داده شدهاند.
شکل ‏5110 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 20
شکل ‏5111 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 20
در این حالت ماکزیمم دمای سیستم به حدود 560 کلوین رسیده است این در حالی است که درحالت مشابه در نمونه شماره 1، دمای ماکزیمم از 432 کلوین تجاوز نمیکند. افزایش دمای فوق تنها به دلیل افزایش توان ورودی به کلکتور نیست، بلکه توزیع توان نیز در این حالت به طور غیر یکنواختی در میانه کلکتور قرار گرفته است.
5-6-2-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر (حالت 21)
در این حالت ضریب هدایت حرارتی سرامیکها، متغیر با دما در نظر گرفته شدند.
کانتور دما در صفحه طولی در شکل ‏5112 نمایش داده شده است.
شکل ‏5112 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 21
با توجه به توزیع دما در صفحه طولی، ماکزیمم دما برابر با حدود 610 کلوین بدست آمده است، که در مقایسه با حالتی که ضریب هدایت حرارتی ثابت است، حدود 50 درجه افزایش دما وجود دارد. علت این امر کاهش ضریب هدایت حرارتی آلومینا با افزایش دما میباشد.
کانتور دما در صفحه عرضی که از محل ماکزیمم دمای سیستم عبور نماید در شکل ‏5113 نمایش داده شده است.
شکل ‏5113 کانتور دما در صفحه عرضی ماکزیمم دما در حالت 21
توزیع دما بر روی خط ماکزیمم دما در شکل ‏5114 نمایش داده شده است.
شکل ‏5114 توزیع دما بر روی خط ماکزیمم دما در حالت 21
خط ماکزیمم دما پس از عبور از محل ماکزیمم دما در پوسته داخلی کلکتور، دارد سرامیک بالایی شده است و سپس از پوسته خارجی کلکتور خارج شده است. شکستگیهای موجور در نمودار فوق نیز به همین دلیل است.
با توجه به شکل ،اختلاف دمای دو طرف سرامیک بالایی حدود 100 درجه میباشد.
5-6-3-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با توان ورودی میانگین (حالت 22)
در این حالت توان ورودی به کلکتور به طور میانگین بر روی سطح داخلی آن توزیع میگردد.
کانتور دما در صفحه طولی در شکل ‏5115 نمایش داده شده است. با توجه به شکل 5-119، توزیع دمای یکنواختری بدست آمده است.
شکل ‏5115 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 22
دمای ماکزیمم به حدود 590 کلوین رسیده است و نسبت به حالتی که توزیع توان واقعی بر کلکتور اعمال شود 20 درجه درجه خطا دارد.با توجه به اینکه برخورد الکترونها به کلکتور بطور یکنواخت فرض شده است، لذا توزیع دمای یکنواختی بدست آمده است.
نمودار توزیع دما بر خط ماکزیمم دما در شکل ‏5116 نمایش داده شده است.
شکل ‏5116 توزیع دما بر خط ماکزیمم دما در حالت 22
5-6-4-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با جنس پایه خنک کننده از مس (حالت 23)
با توجه به اینکه در حالات قبل دمای ماکزیمم کلکتور بالا میباشد لذا، جنس پایه خنک کننده از مس، که ضریب هدایت حرارتی بالاتری نسبت به آلومینیوم دارد، در نظر گرفته شده است. لازم به ذکر است که وزن بالای مس نسبت به آلومینیوم، استفاده از آن را محدود مینماید.
کانتور دما در صفحه طولی در شکل ‏5117 نمایش داده شده است.
شکل ‏5117 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 23
در این حالت دمای ماکزیمم کلکتور به 581 کلوین میرسد و نسبت به حالت مشابه با پایه آلومینیومی، حدود 30 درجه کاهش در دمای ماکزیمم سیستم نشان میدهد.
توزیع دما در خط ماکزیمم دما در شکل ‏5118 نمایش داده شده است.
شکل ‏5118 توزیع دما در خط ماکزیمم دما در حالت 23
5-6-5-جنس سرامیک از آلومینا و ضریب هدایت حرارتی متغیر و تماس سه وجه پایه با مبدل (حالت 24)
به منظور کاهش دمای کلکتور، پیشنهاد استفاده از سیال بسیار سرد مورد بررسی قرار گرفته است. در این حالت با تغییر دادن مبدل، استفاده از چیلر و خنکسازی توسط اتیلن گلیکول به عنوان سیال ورودی به مبدل و همچنین تماس دادن سطوح کناری پایه آلومینیومی با مبدل، دمای سطح زیرین و سطوح جانبی پایه آلومینیومی 3 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است.
در این حالت کانتور دما در صفحه ماکزیمم دما در شکل ‏5119 نمایش داده شده است.
شکل ‏5119 کانتور دما در صفحه ماکزیمم دما در حالت 24
با توجه به اینکه دمای سطوح کناری و سطح زیرین، برابر با 3 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است لذا، ماکزیمم دمای سیستم کاهش یافته و حدود 512 کلوین میباشد. در حالت مشابه که دمای پایه برابر با 50 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده بود، ماکزیمم دما حدود 610 کلوین محاسبه گردید که در مقایسه با حالت فوق 98 درجه بالاتر است.
کانتور دما در صفحه طولی در شکل ‏5120 نمایش داده شده است.
شکل ‏5120 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 24
تا این مرحله از کار، شبیه سازی بر روی کلکتور با سرامیکهای آلومینا در کلکتور 3000 وات صورت پذیرفت و در ادامه جنس سرامیک از برلیا و حالات متعدد دیگر در نظر گرفته خواهد شد.
5-6-6-جنس سرامیک از برلیا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی ثابت (حالت 25)
در این حالت جنس سرامیکهای بکار رفته در کلکتور از برلیا میباشد و ضریب هدایت حرارتی نیز ثابت و به صورت میانگین ضریب هدایت (w/mK 188) ]19[، فرض شده است.
کانتور دما در صفحه طولی در شکل ‏5121 نمایش داده شده است.
شکل ‏5121 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 25
با توجه به کانتور دما در صفحه طولی، کاهش چشمگیری در ماکزیمم دمای سیستم مشاهده میشود. در حالت مشابهی که به جای برلیا از آلومینا استفاده شده است دمای ماکزیمم سیستم به حدود 560 کلوین میرسد اما در این حالت این دما برابر با 470 کلوین بدست آمده است. اختلاف دمای 90 درجهای در ماکزیمم دما، اهمیت استفاده از سرامیک برلیا را نشان میدهد.
نمودار توزیع دما بر خط ماکزیمم دما در شکل ‏5122نمایش داده شده است.
شکل ‏5122 توزیع دما بر خط ماکزیمم دما در حالت 25
توزیع دما در پوسته داخلی، سرامیکها و حلقهی ابتدایی که از جنس کوار میباشد در شکل ‏5123 نمایش داده شده است.
شکل ‏5123 توزیع دما در پوسته داخلی، سرامیک ها و حلقه ی ابتدایی در حالت 25
5-6-7-جنس سرامیک از برلیا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر (حالت 26)
در این حالت ضریب هدایت حرارتی برلیا به صورت تابعی از دما در نظر گرفته شده است.
کانتور دما در صفحه طولی در شکل ‏5124 نمایش داده شده است.
شکل ‏5124 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 26
کانتور دما در صفحه ماکزیمم دما در شکل ‏5125 نمایش داده شده است.
شکل ‏5125 کانتور دما در صفحه ماکزیمم دما در حالت 26
در این حالت نیز ماکزیمم دما حدود 470 کلوین محاسبه شده است. مشاهده میشود که دمای ماکزیمم 140 درجه کمتر از حالت استفاده از آلومینا و حدود 42 درجه کمتر از حالتی است که از آلومینا استفاده شود و هرسه وجه پایه با مبدل حرارتی در تماس و دمای وجوه 3 درجه سانتیگراد باشد.
توزیع دما بر خط ماکزیمم دما در شکل ‏5126 نمایش داده شده است.
شکل ‏5126 توزیع دما بر روی خط ماکزیمم دما در حالت 26
خط ماکزیمم دما از پوسته داخلی، سرامیک بالایی و پوسته خارجی عبور کرده است، لذا دارای سه شکستگی میباشد. شیب شکستگی دوم که متناظر با اعداد 6 تا 7 در محور افقی میباشد نسبت به حالت مشابهی که از آلومینا استفاده شده باشد به مراتب کمتر است. علت این امر هدایت حرارتی بالاتر برلیا نسبت به آلومینا میباشد.
5-6-8-جنس سرامیک از برلیا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با توان میانگین ورودی (حالت 27)
در این حالت تعداد الکترونهایی که به سطح داخلی کلکتور برخورد مینمایند را بر واحد سطح، عددی ثابت فرض مینماییم؛ به عبارتی توان را به صورت میانگین بر واحد سطح پخش مینماییم.کانتور دما در صفحه طولی در شکل ‏5127 نمایش داده شده است.
شکل ‏5127 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 27
کانتور دما در سرامیکها و پوسته داخلی در شکل ‏5128 نمایش داده شده است.
شکل ‏5128 کانتور دما در سرامیکها و پوسته داخلی در حالت 27
در این حالت ماکزیمم دما به حدود 450 کلوین رسیده است که نسبت به حالت واقعی حدود 20 درجه خطا دارد.
5-6-9-جنس سرامیک از برلیا و ضریب هدایت حرارتی متغیر و تماس سه وجه پایه با مبدل (حالت 28)
در این حالت دمای سطح زیرین و وجوح کناری پایه، برابر با 3 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است.
کانتور دما در صفحه طولی در شکل ‏5129 نمایش داده شده است.
شکل ‏5129 کانتور دما در صفحه طولی با مبدل سه وجهی در حالت 28
در این حالت دمای ماکزیمم سیستم به 400 کلوین رسیده است که پایین ترین ماکزیمم دما، در بین حالات در نظر گرفته شده در کلکتور با توان 3000 وات میباشد.
کانتور دما در سرامیکها، پوسته داخلی و حلقه ابتدایی در شکل ‏5130 نمایش داده شده است.
شکل ‏5130 کانتور دما در سرامیکها، پوسته داخلی و حلقه ابتدایی در حالت 28
در این حالت ماکزیمم دما نسبت به حالت مشابهی که از آلومینا استفاده شده است، 112 کاهش داشته است.
5-6-10-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با مقاومت تماسی

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *