2-4- حركت سیال همراه با مكش یكنواخت پیوسته……………………………………………………….. 12
2-5- حركت سیال همراه با مكش یكنواخت ناپیوسته……………………………………………………… 13
2-5-1- تحقیقات گل نشان و همکاران………………………………………………………………………….. 13
2-5-2-تحقیقات كائو……………………………………………………………………………………………………….. 17
2-5-3- تحقیقات آرولاناندام و ون دكر…………………………………………………………………………… 20
2-6- تحقیقات كوتچر در مورد UTCها( تئوری Heat Loss )…………………………………………. 20
2-6-1-بالانس حرارتی كلی برای UTC…………………………………………………………………………. 21
2-6-2- اتلاف حرارتی تشعشع برای كلكتور………………………………………………………………….. 22
2-6-3- اتلاف حرارت جابجایی……………………………………………………………………………………….. 22
2-6-4- جابجایی اجباری و جریان آرام………………………………………………………………………….. 22
عنوان                                                                                                                     صفحه
  2-6-4-1- پروفیل سرعت……………………………………………………………………………………….. 22
2-6-4-2- ضخامت لایه مرزی…………………………………………………………………………………. 23
2-6-4-3- پروفیل دما……………………………………………………………………………………………….. 23
2-6-4-4- اتلاف حرارت جابجایی……………………………………………………………………………. 24
2-6-5- جابجایی آزاد و جریان آرام………………………………………………………………………………… 24
2-6-5-1- پروفیل سرعت…………………………………………………………………………………………. 24
2-6-6- جریان متلاطم…………………………………………………………………………………………………….. 26
2-6-7- کارایی تبادل گرما……………………………………………………………………………………………… 26
2-7- آنالیز حرارتی آگوستوس  در مورد     UTC …………………………………………………………… 27
2-7-1-  فرضیات…………………………………………………………………………………………………………….. 27
 2-7-2- معادله بالانس انرژی…………………………………………………………………………………………. 28
2-7-2-1- صفحه جاذب…………………………………………………………………………………………… 29
2-7-2-2- فاصله هوایی……………………………………………………………………………………………. 29
2-7-2-3- صفحه پشتی……………………………………………………………………………………………. 30
2-7-3- انتقال حرارت تابشی…………………………………………………………………………………………. 30
 2-7-3-1- صفحه جاذب به محیط………………………………………………………………………… 30
2-7-3-2- صفحه جاذب به صفحه پشتی………………………………………………………………. 30
2-7-3-3- صفحه پشتی به محیط اطراف………………………………………………………………. 30
2-7-4- افت فشار……………………………………………………………………………………………………………. 31
2-7-5- نتایج شبیه سازی آگوستوس…………………………………………………………………………… 31
  عنوان                                                                                                                     صفحه
 فصل سوم: تعریف مسئله
3-1- مقدمه………………………………………………………………………………………… 33
3-2- تاریخچه دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)…………………………………………………………. 34
3-2-1-  انواع شبكه‌ها و روش های حل CFD……………………………………………………………….. 34
3-2-2- مراحل حل مسئله دینامیک سیالات محاسباتی……………………………………………… 36
3-3- معرفی نرم‌افزار Gambit…………………………………………………………………………………………….. 37
3-4- معرفی نرم‌افزار Fluent ……………………………………………………………………………………………… 37
3-5- توانایی‌های نرم‌افزار Fluent………………………………………………………………………………………… 37
3-6- تعریف مسئله……………………………………………………………………………………………………………….. 38
3-6-1- معادلات حاكمه در جریان موازی روی شیار…………………………………………………… 38
3-6-2- بی بعدکردن معادلات حاكمه در جریان موازی روی شیار…………………………….. 40
3-6-3-  شرایط مرزی در جریان موازی روی صفحه شیاردار……………………………………… 42
3-6-4-معادلات حاكمه در جریان عمود و مایل روی یک ردیف از شیارها……………….. 44
3-6-5- معادلات مربوط به مدلسازی جریان متلاطم در جریان عمود ومایل روی
یک ردیف از شیارها………………………………………………………………………………………… 45
3-6-6- لایه مرزی Asymptotic  …………………………………………………………………………………. 46
3-6-7- پارامترهای مربوط به کارایی UTC در جریان موازی………………………………………. 46
3-6-8- دامنه تغییرات متغیرها ……………………………………………………………………………………. 48
3-6-9- تئوری حل و شبکه انتخاب شده در جریان موازی روی شیار……………………….. 48
3-6-10-تئوری حل، شبکه انتخاب شده و شرایط مرزی در جریان عمود و مایل
روی یک ردیف از شیارها…………………………………………………………………………… 50

3-6-10-1- شرایط مرزی برای مسئله در حالت كلی ………………………………………….. 51
3-6-10-2  تولید هندسه…………………………………………………………………………………………. 53
3-6-10-3- تولید شبکه…………………………………………………………………………………………… 57
عنوان                                                                                                                     صفحه
 فصل چهارم: نتایج
4-1- نتایج مربوط به جریان موازی روی یک شیار……………………………………………….. 65
4-1-1-  تاثیر عدد رینولدز …………………………………………………………………………………. 66
4-1-2- اثر  (سرعت باد/ سرعت مکش) ……………………………………………………………….. 68
4-1-3- تاثیر ضریب تخلخل صفحه ……………………………………………………………………….. 70
4-1-4- تاثیر هدایت حرارتی بی بعد (Admittance )  ………………………………………………. 70
4-1-5- اثرضخامت بدون بعد………………………………………………………………………………. 72
4-1-6-  تاثیر زاویه باد ………………………………………………………………………………………. 73
4-1-7 -تاثیر جابجایی آزاد …………………………………………………………………………………… 74
4-2-نتایج جریان عمود روی یک ردیف از شیارها…………………………………………………………….. 75
4-2-1-  تاثیر عدد رینولدز ……………………………………………………………………………………………. 75
4-2-2- تاثیر ضریب تخلخل صفحه………………………………………………………………………………… 76
4-2-3- تاثیر هدایت حرارتی بی بعد ……………………………………………………………………………. 77
4-2-4- اثرضخامت بدون بعد………………………………………………………………………………………….. 78
4-2-5- اثر تشعشع…………………………………………………………………………………………………………… 79
4-2-6-تاثیر عرض plenum…………………………………………………………………………………………….. 80
4-2-7- اثر تغییر زاویه باد روی صفحات مشبک با ابعاد محدود …………………………………. 81
 فصل پنجم: نتایج و پیشنهادات
5-1- نتایج………………………………………………………………………………………………………………. 84
5-2-پیشنهاد ات………………………………………………………………………………………………85
 فهرست مراجع……………………………………………………………………………………………….. 86
جریان سیال روی صفحات مشبک
نیاز مبرم انسان امروزی به استفاده از سوخت‌های مختلف و مشکل آلودگی محیط زیست که ناشی از استفاده نادرست و بی‌ رویه از این منابع سوختی است نسل امروز را به چاره‌اندیشی برای حل این مشکل قبل از پایان یافتن ذخایر انرژی وا‌داشته است. در این راستا انرژی خورشیدی در جهت تـامین قسمتی از انرژی مورد نیاز آینده جوامع بشری در اولویت قرار دارد. یكی از جدید ترین كاربردهای این انرژی استفاده از آن در تهویه مطبوع ساختمان های بزرگ از طریق پیش گرم كردن هوا به وسیله كلكتورهای مشبک بدون شیشه است. انتقال حرارت از صفحات مشبک به وسیله ی مکش سیال اخیراً در صنعت کاربردی نو یافته است. عملکرد کلکتورهای خورشیدی بدون شیشه که از صفحات جاذب مشبک بهره می برند، بر این اساس استوار است: مکش هوا باعث می شود تا لایه ی مرزی تشکیل شده در اثر وزش باد بر روی صفحه در حالت آرام باقی بماند و انتقال حرارت از صفحه به هوا به صورت تنگاتنگ انجام شود و بدین سبب بازده ی این کلکتورها بیش تر از کلکتورهای معمولی می باشد.
تكنولوژی كلكتورهای خورشیدی مشبک بسیار ساده می­باشد. یک دیواره فلزی مشبك در سمت جنوبی و به فاصله 15سانتی متر از دیواره ساختمان قرار می­گیرد (شكل 1-1).  این دیواره، انرژی حاصل از تابش را به گرما تبدیل می­كند. فن­ها در بالای دیوار نصب می­شوند و هوای بیرون را از میان سوراخها به درون می­مكند.
شکل(1-1) : شکل شماتیک کلکتوربدون شیشه با صفحات مشبک
كلكتورهای بدون شیشه با صفحات مشبك (UTC)[1] تكنولوژی نسبتاً جدیدی در کاربردهای انرژی خورشیدی می­باشند. از این كلكتورها در ساختمانهای بسیاری ازکشورها مثل كانادا،کشورهای اروپایی و آمریكا استفاده می­ شود.  علاوه بر بحث تهویه مطبوع از آنها می­توان برای خشك كردن سبزیجات و میوه­جات نیز استفاده كرد. باید توجه داشت كه میزان دمای هوای گرم تولید شده وابسته به پارامتر های مختلفی است و می توان با تغییر این پارامترها میزان دمای هوای تولیدی را كنترل كرد.
نحوه جریان سیال و انتقال حرارت روی صفحات مشبك بدین صورت است كه وقتی سیال از طریق صفحه سوراخدار مكیده می شود، درجه تخلخل صفحه، هندسه شیارها وقدرت مكش همگی بروی جریان سیال اثر می گذارند. اگر یكی از این دو محیط (سیال یا دیواره) دمای بالاتری داشته باشند انتقال حرارت در جهت كاهش اختلاف دما اتفاق می افتد. به جهت اینکه در واقعیت، وزش باد در جهات مختلف اتفاق می افتد صفحات شیاردار نسبت به صفحاتی که دارای سوراخهای دایره ای هستند، بازده بیشتری دارند بنابراین در این تحقیق از صفحات با شیارهای عمود بر هم استفاده شده است.
 
 
   بر تحقیقات گذشته
مطالعه انتقال حرارت وحركت سیال مربوط به لایه مرزی یک جریان موازی با صفحة متخلخل، در دهه‌ های گذشته موضوعی مورد علاقه بوده است.  در اوایل دهة 60 میلادی زمانی كه ثابت نگهداشتن دمای سطح در حدی غیر مضر و معمولی برای پره‌های توربین‌ها مسأله پرچالشی به حساب می‌آمد، بررسی لایة مرزی بر روی صفحات مشبّک اهمیت خاصی پیدا كرد و مطالعه و تحقیق در این زمینه بشدت وسعت یافت.  در همان زمان استفاده از مكش بعنوان عامل موثری جهت كنترل جریان و آرام نگه داشتن آن بر روی بالهای هواپیماهای با سرعت بالا به
بررسی­های دامنه‌داری منجر گردید]1[. مكش كه برای اولین بار در اوایل قرن بیستم میلادی توسط پرانتل[2] مطرح شده بود راه حل بسیار مناسبی جهت كاهش ضخامت لایه مرزی به حساب می‌آمد كه تمایل جریان به مغشوش شدن را كمتر می‌نمود. در حقیقت این موضوع سبب می‌شد كه ضریب پسا (Drag) پایین باقی بماند، زیرا كه اساساً نیروی پسای ناشی از جریان آرام از نیروی پسای ناشی از جریان مغشوش كمتر است.  این روش كنترل، جهت آرام نگه‌داشتن جریان، اولین بار توسط گریفیث[3] و مردیث[4] ]2 [پیشنهاد گردید که نتیجه آن در تحقیقات گل نشان نیز مشاهده می شود ]3[.
كنترل جریان سیال برای آرام نگه‌داشتن آن و سرمایش دو كاربرد مهندسی هستند كه مستقیماً به تحقیق حاضر مرتبط می‌باشند، بنابراین كارهایی كه حول این دو موضوع انجام شده است مرور خواهند شد.  ابتدا كارهای انجام شده بر روی كنترل جریان آرام سیال و سپس مطالبی در مورد سرمایش بیان خواهد گردید. سپس كارهایی كه برای كلكتورهای خورشیدی مشبك بدون پوشش صورت گرفته مدنظر قرار خواهند گرفت.
2-1- كنترل جریان سیال برای آرام نگاه داشتن آن
 نتایج تحقیقات انجام شده بر روی كنترل جریان آرام در طی سالهای 1960-1940 میلادی در كتاب لاچمن[5]]1[  بخوبی خلاصه شده است.  علمی بودن و میزان كارا بودن كاهش نیروی پسای ناشی از لزجت در هواپیماها از طریق كنترل جریان آرام با انجام یک سری تحقیقات گسترده توسط فنینجر و همكارانش كه بیش از چهل سال بطول انجامید، مشخص شده است.  این موضوع در یادداشتهای فنینجر[6] ]4[خلاصه شده است.
 شكل معمول بیشتر تحقیقات در مورد كنترل جریان آرام مساله پایداری لایه مرزی آرام است]5و6[. نشان داده شده كه برای جریان بر روی یک صفحه تخت با زاویه برخورد صفر و دارای مكش یكنواخت، عدد رینولدز بحرانی تعریف شده بر اساس ضخامت لایه مرزی جابجایی بیش از 130 مرتبه از عدد رینولدز بحرانی مربوط به صفحه تخت مشابهی كه فاقد مكش است بزرگتر می‌باشد]2[. اما این موضوع برای صفحه‌ای بسیار صیقلی و كاملاً متخلخل كه مكش یكنواخت بر آن اعمال گردیده، صادق است.  در عمل، بسیار مشكل است كه یک صفحه متخلخل  با سوراخهای ریز و نزدیک به هم با استحكام كافی ساخته شود.  بنابراین تمامی صفحات به نوعی دارای سوراخها و یا شیارهای مجزا هستند كه منجر به ناپیوسته شدن مكش در آنها می‌گردد. در اینجا منظور از صفحة مشبك صفحه‌ای است که دارای سوراخهای ریز و بسیار نزدیک بهم است. اگرچه استفاده از مكش برای چنین صفحه مشبكی مطالعات را به مكش پیوسته ایده آل بسیار نزدیک می‌كند، اما نشان داده شده است كه در بعضی شرایط مكش باعث اعمال اغتشاشهایی از نوع سه بعدی به لایه مرزی می‌شود ]7و8[.
 بیشتر كارهای فنینجر و همكارانش اساساً بر روی تكمیل مكش سیال روی دیواره از طریق شیارهای باریک متقاطع ( شیارهای متقاطع شیارهایی هستند كه راستای حركت سیال را قطع می‌كنند) متمركز است.  بنظر می‌رسد كه سوراخهای از نوع شیار بعضی از مشكلات پایداری را كه در مورد سوراخهای مدور مطرح بود حل می‌كنند به طوری كه تا عدد رینولدزی برابر با  كه بر اساس طول ناحیه ورودی تعریف شده است، جریان بصورت آرام باقی می‌ماند ]4[. ویلکینسن[7] و همكاران صفحه‌ای را با سوراخهای بسیار نزدیک بهم طراحی كردند و آنرا مورد آزمایش قرار داده، نشان دادند كه این نوع صفحه حتی زمانی كه محدوده نرخ مكش بالاتر از نرخهای مكش بكار رفته در مطالعات قبلی باشد اصولاً مشابه یک سطح متخلخل یكدست رفتار می‌كند.  ضریب مكش F (نسبت مؤلفه قائم سرعت مكش  به سرعت سیال آزاد بر روی صفحه ) برای این آزمایشات در محدودة F<0 ≥0.005- بوده است. در تمامی آزمایشات انجام شده سیال آزاد دارای سرعتی ثابت بود.
2-2- سرمایش
در طی دهة 60 میلادی، قبل از آنكه تكنیكهای عددی حل معادلات لایه مرزی برای جریانهای غیر متشابه بخوبی گسترش یابد، حلهای متشابه قابل توجهی در زمینة توانائیهای عمومی سیستمهای سرمایش ارائه گردید. مثالهایی از این