التخصص: الهندسة الميكانيكية

التخصص الدقيق: هندسة القوي الميكانيكية

المستخلص: في السنوات الأخيرة ، ولأسباب عديدة ، مثل المشكلات البيئية والاقتصادية ، كان استخدام الطاقة الحرارية الجوفية الضحلة كمصدر للطاقة النظيفة ذا أهمية كبيرة داخل المجتمع العلمي. ومع ذلك ، فإن التطبيق الرئيسي المستهدف هو تبريد الهواء والتدفئة في المباني باستخدام أنبوب مدفون في الأرض يعرف باسم مبادل حرارة الأرض إلى الهواء (EAHE). لا يمكن لهذا النظام (EAHE) وحده أن يفي بظروف الراحة في البلدان التي تتميز بمناخ حار وبارد ، وهناك حاجة إلى نظام مساعد. يقترح العمل الحالي نظامًا هجينًا جديدًا يتكون من اقتران EAHE (النظام الأساسي) بمبادل حراري ثنائي المركز (نظام ثانوي). يحتوي الأنبوب الداخلي على عدة زعانف طولية مملوءة بالماء المجمد أو خليط من الإيثيلين جلايكول والماء كمادة متغيرة الطور (PCM). يتم تبريد الهواء عند تبادل الحرارة مع PCM مجمدة في المبادل الحراري الثانوي (Water / PCM HEX). تم إجراء تحقيق نظري للنظام الهجين المقترح. ومع ذلك ، فقد تم تطوير نماذج عابرة لكل من المبادلات الحرارية ، وتم حل المعادلات غير الخطية التي تم الحصول عليها باستخدام الطرق العددية. تم إجراء محاكاة لسلوك هذا النظام الهجين الموجود في المدينة المنورة (المملكة العربية السعودية) ، والذي يمثل مناخًا حارًا. تم دراسة تأثير العوامل الهندسية وظروف التشغيل على درجة حرارة الهواء الخارج وفترة التشغيل. أظهرت نتائج الدراسة أن معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري مهم في Water / PCM HEX. طالما أن قيمته منخفضة ، فإن التبريد ليس مهمًا ؛ كما هو موضح من خلال خفض درجة حرارة التجمد من 0 درجة مئوية إلى -10.71 درجة مئوية ، فإن الكسب في انخفاض درجة حرارة الهواء الخارج يكون أقل من 1 درجة مئوية. عندما يتم تقليل قطر الأنبوب الخارجي من 8 إلى 6 بوصات ، يتم تبريد الهواء بمقدار 5 درجات مئوية تقريبًا. يقدم النظام المقترح حلاً تبريدًا جذابًا خلال فترات الذروة ، خاصة للمناخات الحارة الأقل شدة من المدينة المنورة.

Abstract: In recent years, due to many reasons, such as environmental and economic problems, the use of shallow geothermal as a clean energy source has been of great interest inside the scientific community. However, the main targeted application is air cooling and heating in buildings by using a buried pipe in the ground known as Earth to Air Heat Exchanger (EAHE). This system (EAHE) alone cannot fulfill the comfort conditions in countries characterized by hot and cold climates, and an auxiliary system is required. The present work proposes a new hybrid system consisting of coupling the EAHE (primary system) with a concentric two pipes heat exchanger (secondary system). The inner pipe has multiple longitudinal fins filled with frozen water or a mixture of ethylene glycol and water as a phase change material (PCM). The air is cooled when exchanging heat with a frozen PCM in the secondary heat exchanger (Water/PCM HEX). A theoretical investigation of the proposed hybrid system has been carried out. However, transient models have been developed for both heat exchangers, and the nonlinear equations obtained have been solved using numerical methods. The simulation of the behavior of this hybrid system located in Madinah city (Kingdom of Saudi Arabia), presenting a hot climate, has been carried out. The effect of geometrical parameters and operation conditions on the outlet air temperature and the operation period has been investigated. The study results show that the convective heat transfer coefficient is significant in the Water/PCM HEX. As long as its value is low, the cooling is not significant; as shown by decreasing the freezing temperature from 0 °C to -10.71 °C, the gain in the outlet air temperature dropping is less than 1 оC. When the external pipe diameter has been reduced from 8 to 6 inches, the air is cooled down by almost 5 оC. The proposed system presents an attractive cooling solution during peak periods, especially for hot climates less severe than Madinah.

الحالة: محكم ومنشور

جهة التحكيم: ISI

دار النشر:

سنة النشر: 2022