مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارائه مدل تحلیلی جدید برای بررسی انتقال حرارت در مبدل‌های حرارتی گمانه در بازه زمانی کوتاه

نویسندگان
1 هیئت علمی دانشگاه تربیت مدرس
2 دانشجوی دکتری مکانیک- تربیت مدرس
چکیده
در این مقاله مدل تحلیلی جدیدی برای بررسی رفتار حرارتی مبدل‌های حرارتی گمانه در بازه زمانی کوتاه ارائه‌شده است. انتقال حرارت در داخل و خارج گمانه به‌صورت گذرا در نظر گرفته‌شده است. برای این منظور حل تحلیلی در دو مرحله توسعه داده‌شده است. در مرحله اول ابتدا پاسخ حرارتی بازه زمان کوتاه (تابع بی‌بعد G) سیستم به‌دست‌آمده و در مرحله دوم دمای سیال خروجی از مبدل با استفاده از تابع پاسخ محاسبه ‌شده است. برای مدل‌سازی انتقال حرارت در داخل گمانه از آنالوژی بین جریان الکتریکی و جریان حرارتی استفاده‌شده است. بدین منظور یک مدار معادل حرارتی در داخل گمانه توسعه داده‌شده و معادلات انرژی حاکم در داخل گمانه بر اساس مدار معادل حرارتی به‌دست‌آمده‌اند. در خارج از گمانه انتقال حرارت به‌صورت هدایت در راستای شعاعی در نظر گرفته‌شده است. مجموع معادلات حاکم با استفاده از تبدیل لاپلاس حل‌شده‌اند و درنهایت دمای متوسط سیال و تابع پاسخ بازه زمانی کوتاه محاسبه‌شده است. در مرحله بعد دمای سیال در خروجی مبدل با استفاده از تابع پاسخ برای حالت کاکرد منقطع روشن و خاموشی سیستم محاسبه‌شده است. نتایج حل تحلیلی حاضر با مقادیر تجربی مقایسه شده و همخوانی بسیار خوبی بین مقادیر اندازه‌گیری شده تجربی و نتایج حل تحلیلی مشاهده‌شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A new analytical model to study heat transfer in Borehole heat exchangers in a short time periods

نویسندگان English

Mehdi Maerefat 1
Asgar Minaei 2
چکیده English

This paper presents a new analytical model to study the thermal behavior of borehole heat exchangers (BHE) in short time periods. Transient heat transfer considered inside the borehole and at the ground around the borehole, transient heat conduction is considered inside the borehole and ground around the borehole. For this purpose, the analytical solution has been developed in two stages. First, a new analytical equation is provided for the short-time thermal response of the BHE (dimensionless G-function). In the second phase, the outlet temperature calculation using the G-function is described. Inside the borehole, the analogy between thermal and electrical conduction is used for derivation heat balance equations. For this purpose, a new equivalent thermal network for modeling of the heat transfer inside the borehole is developed. In ground around the borehole, the conduction equation in the radial direction is considered. The governing equations are solved by Laplace transform. Finally, the mean fluid temperature and short thermal response of the BHE is computed. Then in the second phase, the outlet temperature in the on and off times of the system is calculated using the G-function. The solution of the proposed analytical model is compared with experimental measurements. Results show that the outlet temperature of the analytical model matches very well with the reference experimental measurements.

کلیدواژه‌ها English

Analytical Solution
Borehole heat exchanger
short time periods