Таҳқиқот ба таври таҷрибавӣ меомӯзад, ки гармии ҷамъшуда дар системаҳои сахти захираи гармии ҳисшавандаи баландҳарорат бо истифода аз диоксиди карбони зерибӯҳронӣ (CO₂) то чӣ андоза самаранок гирифта мешавад. Барои ин мақсад муҳаққиқон системаи озмоишии даври пӯшида сохтанд, ки аз муҳити захираи гармии чуянии бо барқ гармшаванда, хати гардиши CO₂, насоси басомади тағйирёбанда, бухоркунандаи сершуда, ченкунандаи дебит ва сенсорҳои ҳарорату фишор иборат аст. Озмоишҳо дар фишори 0,2 MPa ва дар ададҳои баланди Reynolds гузаронида шудаанд.

CO₂ дар системаи озмоишӣ ҳангоми гузаштан аз каналҳои даврашакли дохили блоки захираи чуянӣ аз муҳити сахт гармӣ мегирад ва ҳарораташ дар самти ҷараён боло меравад. CO₂-и гармшуда баъдан ба бухоркунандаи сершуда мерасад ва энергияи бардоштаашро ба оби ғизодиҳанда медиҳад. CO₂ дар тамоми давр дар ҳолати гази якфазагӣ мемонад; тағйири фаза танҳо дар тарафи обии бухоркунанда рух медиҳад. Аз ин рӯ таҳқиқот интиқоли гармии конвексияи маҷбурии CO₂ бо сатҳи чуянро ба таври ҷудогона арзёбӣ мекунад.

Дар озмоишҳо вақте адади Reynolds аз тақрибан 7,5×10⁴ то 1,35×10⁵ боло рафт, адади таҷрибавии Nusselt аз тақрибан 74 то 97 афзуд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки дар фосилаи кори баррасишуда бо зиёд шудани шиддати ҷараён ва турбулентӣ интиқоли гармии конвективӣ байни CO₂ ва сатҳи гарми чуян қавитар мешавад.

Муҳаққиқон маълумоти ченшударо бо коррелятсияҳои Dittus–Boelter, Gnielinski, Colburn ва Zhou муқоиса карданд; онҳо нишон доданд, ки ин робитаҳои классикӣ барои системаи баландҳарорати чуян–CO₂-и зерибӯҳронӣ арзишҳои таҷрибавии Nusselt-ро бо дақиқии кофӣ ифода намекунанд. Сипас аз маълумоти озмоишӣ чор коррелятсияи нави эмпирикӣ бароварда шуда, барои истифодаи муҳандисӣ робитаи \(Nu=0.202Re^{0.465}Pr^{-2.19}\) пешниҳод гардид.

Барои коррелятсияи пешниҳодшуда коэффитсиенти муайянкунӣ R²=0,988, хатои миёнаи мутлақи фоизӣ (MAPE) %0,715 ва каҷравии нисбии ҳадди аксар %2,404 гузориш шудааст. Муҳаққиқон тавсия медиҳанд, ки ин робита танҳо дар шароити фарогири озмоиш, яъне 70.000≤Re≤140.000, 9≤u≤15 m/s, 450–550 °C ва 0,2 MPa истифода шавад. Бинобар ин натиҷа набояд мустақиман ба фишорҳои дигар ё шароити CO₂-и фавқибӯҳронӣ умумӣ карда шавад.

Аз нигоҳи Туркия ин кор барои татбиқҳои муҳандисӣ, ки бо истифодаи гармии офтоб, табдили барқ ба гармӣ, гармии партови саноатӣ ё нерӯи барқи зиёдатии манбаъҳои барқароршаванда дар системаҳои захираи гармии ҳисшавандаи баландҳарорат кор мекунанд, аҳамияти методӣ дорад. Аммо таҳқиқот объекти захираи энергия дар Туркия, арзиши маҳаллии энергия ё маълумоти кории як нерӯгоҳи воқеии туркиро таҳлил намекунад. Қобили татбиқ будани равиши чуян–CO₂ барои ҳар гуна иншоот дар Туркия бояд бо назардошти ҳарорати система, иқтидори захира, инфрасохтори CO₂-и фишордошта, арзиши мавод, ниёзи насосӣ, амният ва самаранокии тамоми давр алоҳида тасдиқ карда шавад.

Саволи асосии таҳқиқот чист?

Саволи асосии кор ин аст, ки ҳангоми гирифтани гармӣ аз муҳити сахти захираи чуянии то ҳарорати баланд гармшуда бо ҷараёни CO₂-и зерибӯҳронӣ интиқоли гармии конвективӣ чӣ гуна тағйир меёбад ва оё ин рафторро метавон бо коррелятсияи боэътимоди Nusselt барои тарҳрезии муҳандисӣ ифода кард.

Дар системаҳои сахти захираи гармии ҳисшаванда қобили истифода шудани энергияи захирашуда танҳо ба иқтидори умумии гармии маводи захира вобаста нест. Суръате, ки гармӣ ба ҷараён дода мешавад, вақти разряд ва миқдори зарурии маводи захираро низ таъсир медиҳад. Аз ин сабаб муҳаққиқон пешгӯии дурусти коэффитсиенти конвексияи маҷбурӣ байни CO₂ ва чуянро барои андозагирии система муҳим мешуморанд.

Чаро ҳамчун муҳити захираи гармӣ чуян истифода шудааст?

Дар кор ҳамчун маводи сахти захираи гармии ҳисшаванда чуян интихоб шудааст. Муҳаққиқон ин интихобро бо гузаронандагии баланди гармӣ, устувории механикӣ ва пойдории сохторӣ дар ҳароратҳои баланд асоснок мекунанд.

Гумон меравад, ки муҳити металлӣ бо гузаронандагии гармии баландтар нисбат ба муҳитҳои сахти анъанавӣ, мисли санг ё бетон, метавонад гирифтани энергияи захирашударо тезтар кунад. Бо вуҷуди ин таҳқиқот бартарии иқтисодии чуянро нисбат ба ҳамаи маводҳои дигари захира мустақиман насанҷидааст; мавзӯи асосии озмоиши муқоисавӣ арзиши мавод не, балки интиқоли гармӣ дар каналҳои CO₂ дохили чуян аст.

Системаи озмоишӣ чӣ гуна кор мекунад?

Дастгоҳи озмоишӣ ҳамчун даври пӯшида тарҳрезӣ шудааст. Гармкунаки барқӣ аввал муҳити захираи чуянро то ҳарорати баланд мебарад. Сипас насоси басомади тағйирёбанда CO₂-ро аз каналҳои дохилии муҳити захира мегузаронад. CO₂ пас аз гирифтани гармӣ аз чуяни гарм ба бухоркунандаи сершуда равона мешавад ва гармии бардоштаашро ба оби ғизодиҳанда медиҳад.

Дар система барои ченкунӣ ва ҷамъоварии маълумот дар хати CO₂ ченкунандаи дебит, интиқолдиҳандаҳои фишор ва интиқолдиҳандаҳои ҳарорат мавҷуданд. Дар нақшаи дастгоҳи озмоишӣ даврҳои CO₂, об ва буғи ҳосилшуда ҳамчун хатҳои ҷудогона нишон дода шуда, унсурҳои ченкунӣ ба системаи ҷамъоварии маълумот ва компютер пайваст шудаанд.

Фарқи муҳими физикӣ ин аст, ки CO₂ дар тамоми даври гардиш дар ҳолати гази якфазагӣ мемонад. Тағйири фаза дар бухоркунанда дар тарафи об мебошад. Аз ин рӯ ҳодисаи ченшуда ҷӯшидан ё конденсатсияи CO₂ нест, балки интиқоли гармӣ аз сатҳи сахти гарм ба CO₂-и газӣ бо конвексияи маҷбурӣ мебошад.

Геометрияи воҳиди захираи чуянӣ чӣ гуна аст?

Муҳити захираи гармӣ аз блоки массивии чуянӣ иборат аст, ки дар дохилаш каналҳои даврашакли ҷараён дорад. Каналҳо бо тартиби шоҳмотӣ ва дар тамоми блок мунтазам тақсим шудаанд. Як канали дохилии ҷудогона барои ҷойгир кардани гармкунаки барқӣ истифода мешавад.

Аксҳои дастгоҳи воқеии озмоишӣ дар кори манбаъ нишон медиҳанд, ки бисёр қубурҳои металлии диаметрашон калон аз дохили блоки чуянӣ мегузаранд. Дар тарафи берунии воҳиди захира инчунин изолятсияи гармӣ ва пайвастҳои гармкунак дида мешаванд.

Якчанд воҳиди захира пайдарпай пайваст шуда, дарозии умумии зарурии интиқоли гармӣ ба вуҷуд оварда шудааст. Дар кор дарозии умумии самараноки канали 32 воҳиди якхела 26,24 m мебошад. Азбаски каналҳо аз нигоҳи геометрӣ якхела қабул шудаанд, дар ҳисобҳои муфассали интиқоли гармӣ як канал ҳамчун буриши намояндагии озмоишӣ истифода шудааст.

Хусусиятҳои CO₂ чӣ гуна муайян шудаанд?

Хусусиятҳои термофизикии CO₂, аз ҷумла зичӣ, часпакӣҳои динамикӣ ва кинематикӣ, иқтидори хоси гармӣ дар фишори доимӣ ва гузаронандагии гармӣ аз маълумоти NIST Chemistry WebBook SRD 69 гирифта шудаанд. Хусусиятҳои дахлдор дар ҳисобҳо аз рӯи ҳарорати ворид, хориҷ ё миёнаи арифметикӣ арзёбӣ шудаанд.

Гуфта шудааст, ки буриши озмоишӣ хуб изолятсия шудааст ва талафоти гармӣ дар муҳити статикӣ ва қубурҳои пайваст нисбат ба энергияи гирифтаи CO₂ ночиз аст. Аз ин рӯ дар коркарди маълумот буриши озмоишӣ тақрибан адиабатӣ ҳисобида шудааст.

Гармии гирифтаи CO₂ чӣ гуна ҳисоб шудааст?

Дар ҳолати устувор суръати гармие, ки CO₂ мегирад, бо зарби дебити массавӣ ба шакли иқтидори хоси гармӣ–ҳарорати равиши энталпияи ворид ва хориҷ ҳисоб шудааст:

\[ Q_c=q_m\left(c_{out}T_{out}-c_{in}T_{in}\right) \]

Дар ин ҷо \(Q_c\) суръати гирифтани гармии CO₂, \(q_m\) дебити массавӣ, \(c_{in}\) ва \(c_{out}\) иқтидорҳои хоси гармӣ дар ҳароратҳои дахлдор, \(T_{in}\) ва \(T_{out}\) бошад ҳароратҳои ворид ва хориҷи CO₂-ро ифода мекунанд.

Коэффитсиенти интиқоли гармии конвективӣ аз рӯи тавозуни умумии энергия:

\[ Q_c=h_fA\Delta t \]

муайян карда шудааст. Сипас адади таҷрибавии Nusselt чунин ҳисоб шудааст:

\[ Nu_{exp}=\frac{h_fd_1}{\lambda} \]

Дар ин ҷо \(h_f\) коэффитсиенти интиқоли гармии конвективӣ, \(d_1\) диаметри канал ва \(\lambda\) гузаронандагии гармии CO₂-ро нишон медиҳад.

Ададҳои Reynolds ва Prandtl чӣ гуна таъриф шудаанд?

Дар озмоиш адади Reynolds бо робитаи зерин ҳисоб шудааст:

\[ Re=\frac{ud_1}{\nu} \]

Дар ин ҷо \(u\) суръати ҷараён дар дохили канал ва \(\nu\) часпакии кинематикии CO₂ мебошад.

Адади Prandtl бошад чунин таъриф шудааст:

\[ Pr=\frac{\mu c_p}{\lambda} \]

Хусусиятҳои термофизикӣ дар ҳисоби Prandtl дар ҳарорати миёнаи арифметикии ворид ва хориҷ арзёбӣ шудаанд.

Озмоиш дар кадом фосилаи корӣ гузаронида шудааст?

Номуайянии таҷрибавӣ дар чӣ сатҳ аст?

Муҳаққиқон дар ченкуниҳои мустақим номуайянии навъи A ва B-ро, дар бузургиҳои ғайримустақим ҳисобшуда бошад паҳншавии хатогиро ба назар гирифтаанд. Номуайяниҳои асосии дар манбаъ додашуда чунинанд:

Ин таҳлили номуайянӣ яке аз ҷанбаҳои қавии озмоиш аст; зеро коррелятсияи пешниҳодшуда танҳо аз модели ададӣ не, балки аз санҷишҳои физикӣ гирифта шудааст, ки дар онҳо ҳадҳои хатои асбобҳои ченкунӣ ошкор арзёбӣ шудаанд.

Тақсимоти ҳарорат чиро нишон додааст?

Ҳарорати CO₂ аз даромадгоҳи муҳити захира то баромадгоҳ пайваста зиёд шудааст. Ин тамоюл бевосита нишон медиҳад, ки ҷараён дар тӯли канал аз чуяни гарм энергия мегирад. Баръакс, гузориш шудааст, ки ҳарорати миёнаи девор дар самти меҳвар нисбатан яксон мондааст.

Дар графики ҳарорати кори манбаъ дида мешавад, ки ҳарорати меҳварии CO₂ дар се ҳолати корӣ, ки Reynolds-и паст, миёна ва баландро намояндагӣ мекунанд, марҳила ба марҳила боло меравад. Дар графики алоҳидаи ҳарорати девор ҳарорати миёнаи девори Case A тақрибан 645 °C, Case B тақрибан 627 °C ва Case C тақрибан 597 °C аст.

Муҳаққиқон набудани ҷаҳишҳои ногаҳонӣ дар ҳарорати девор ва ҷараёнро нишондиҳандаи шароити устувори кор ва гузаронандагии баланди гармии чуян мешуморанд.

Чаро адади Reynolds дар Case B бояд алоҳида қайд шавад?

Дар Ҷадвали 3-и манбаъ барои Case A Re=7,6×10⁴, барои Case B Re=8,7×10⁵ ва барои Case C Re=1,3×10⁵ навишта шудааст. Аммо худи ҳамон кор фосилаи озмоишро 7,5×10⁴–1,35×10⁵ муайян мекунад. Арзиши 8,7×10⁵-и Case B аз ин фосила хеле баланд аст ва аз Case C ҳам бузургтар мебошад.

Аз ин рӯ арзиши Case B бояд ҳамчун номутобиқати ададии дохили манбаъ арзёбӣ шавад. Дар ин ҷо бо фарзияи хатои эҳтимолии чопӣ онро ба 8,7×10⁴ хомӯшона ислоҳ накардаем.

Ҳангоми зиёд шудани Reynolds адади Nusselt чӣ гуна тағйир ёфтааст?

Яке аз натиҷаҳои равшани озмоиш ин аст, ки адади Nusselt бо адади Reynolds ба таври монотонӣ меафзояд. Ҳангоми боло рафтани Reynolds аз тақрибан 75.000 то 135.000, Nusselt аз тақрибан 74 то 97 баланд шудааст.

Дар минтақаи пасти Reynolds дар нуқтаҳои маълумот каме парокандагӣ вуҷуд дорад, дар минтақаи баланди Reynolds бошад тамоюли умумии афзоиш равшантар мешавад. Муҳаққиқон инро ба пурзӯр шудани конвексияи турбулентӣ бо зиёд шудани суръати ҷараён нисбат медиҳанд.

Чаро коррелятсияҳои классикии интиқоли гармӣ кофӣ набуданд?

Таҳқиқот коррелятсияҳои Dittus–Boelter, Gnielinski, Colburn ва Zhou-ро ҳамчун истинод истифода кардааст. Қисми муҳимми ин робитаҳо барои қубурҳои даврашакли ҳамвор, шароити муайяни марзии гармӣ ва хусусиятҳои анъанавии ҷараён таҳия шудаанд.

Дар графикҳои муқоисавии кор арзишҳои Nusselt, ки аз робитаҳои классикӣ ҳисоб шудаанд, аз арзишҳои таҷрибавии Nusselt хеле болотар меафтанд. Хусусан робитаҳои Dittus–Boelter ва Colburn нисбат ба фосилаи таҷрибавии тақрибан 74–97 пешгӯиҳои хеле баланд медиҳанд. Робитаи Zhou нисбат ба баъзе робитаҳои классикӣ ба маълумоти озмоишӣ наздиктар мешавад, аммо боз ҳам каҷравии систематикии равшан дорад.

Муҳаққиқон ин фарқро ба он нисбат медиҳанд, ки шароити марзии гармии муҳити сахти захираи баландҳарорат, адади баланди Reynolds ва хусусиятҳои термофизикии вобаста ба ҳарорати CO₂ аз шароитҳое, ки дар онҳо робитаҳои классикӣ таҳия шудаанд, фарқ мекунанд.

Кадом коррелятсияҳои нави Nusselt таҳия шудаанд?

Аз маълумоти озмоишӣ аввал се робитаи шакли классикии қонуни дараҷавӣ, баъдан як робитаи васеъшудаи дараҷаи дуюм дар фазои логарифмӣ бароварда шудааст:

Се робитаи аввал шакли қонуни дараҷавии Reynolds–Prandtl-ро, ки дар муҳандисӣ васеъ истифода мешавад, нигоҳ медоранд. Робитаи чорум бошад модели эмпирикии чандиртар аст, ки барои беҳтар гирифтани каҷшавии минтақаи баланди Reynolds узви \((\ln Re)^2\)-ро илова мекунад.

Чаро модели дорои баландтарин R² аз ҷиҳати математикӣ интихоб нашуд?

Муҳаққиқон танҳо ба ҳадди аксар расонидани коэффитсиенти муайянкуниро кофӣ надонистанд. Ҳарчанд модели полиномии васеъшуда баландтарин арзиши R² дошт, гузориш шудааст, ки хатогиҳои миёна ва ҳадди аксари пешгӯии он калонтар буданд.

Дар Ҷадвали 6-и кор барои сатри чорум R²=0,994, MAPE=%4,137 ва каҷравии ҳадди аксар=%8,083 дода шудааст. Аз ин рӯ, бо вуҷуди он ки модели мураккабтар ба маълумоти омӯзишӣ беҳтар мутобиқ мешавад, натиҷа гирифта шудааст, ки рафтори хатои он дар пешгӯии муҳандисӣ заифтар аст.

Коррелятсияи ниҳоии пешниҳодшуда чист?

Робитаи ниҳоии пешниҳодкардаи таҳқиқот чунин аст:

\[ \boxed{Nu=0.202Re^{0.465}Pr^{-2.19}} \]

шакл дорад.

Барои ин коррелятсия кор арзишҳои зеринро гузориш мекунад:

• R²: 0,988
• MAPE: %0,715
• Каҷравии нисбии ҳадди аксар: %2,404

Муҳаққиқон бо ишора ба он ки ин робита байни дақиқии мутобиқат ва хатои бадтарин ҳолат тавозуни беҳтар медиҳад, онро барои ҳисоби муҳандисӣ тавсия кардаанд.

Дар рақамгузории муодилаҳо кадом номутобиқатӣ вуҷуд дорад?

Дар Бахши 3.4.2-и манбаъ чор робитаи нав ба таври равшан ҳамчун Муодилаҳои (14), (15), (16) ва (17) рақамгузорӣ шудаанд. Аммо сатрҳои Ҷадвали 6-и баъдӣ бо Eq.12, Eq.13, Eq.14 ва Eq.15 омадаанд. Графикҳои пешгӯии алоҳидаи саҳифаҳои 45–48 низ ҳамин тамғаҳои лағжидаи Eq.12–Eq.15-ро истифода мекунанд.

Дар айни ҳол Бахши 3.4.4 ва қисми натиҷаҳо ба таври равшан нишон медиҳанд, ки робитаи ниҳоӣ Муодилаи (16) аст. Илова бар ин, арзишҳои R²=0,988, MAPE=%0,715 ва каҷравии ҳадди аксар=%2,404 дар қисми хулоса бо арзишҳои сатри сеюми Ҷадвали 6 якхелаанд.

Аз ин рӯ дар ин матни Verianla робитаи математикӣ ҳамчун ҳамон шакли дар манбаъ бо Муодилаи (16) додашуда нигоҳ дошта шудааст, вале номутобиқати рақамгузории дуқадамӣ дар Ҷадвали 6 ва Расми 9 хомӯшона ислоҳ нашудааст.

Коррелятсияи пешниҳодшуда дар кадом шароит истифода мешавад?

Соҳаи эътибори ба таври равшан дар қисми натиҷаҳои кор додашуда чунин аст:

Ин ҳудудҳо дар тафсири коррелятсия аҳамияти ҳалкунанда доранд. Кор нишон надодааст, ки робита ба фишорҳои берун аз 0,2 MPa, ҳароратҳои дигар, геометрияҳои дигари канал ё CO₂-и фавқибӯҳронӣ бевосита татбиқшаванда аст.

Натиҷаҳое, ки кор дастгирӣ мекунад

• CO₂-и зерибӯҳронӣ дар системаи озмоишии даври пӯшидаи баррасишуда аз муҳити захираи чуянии баландҳарорат бо конвексияи маҷбурӣ гармӣ гирифтааст.
• Дар фосилаи Reynolds-и баррасишуда бо зиёд шудани Reynolds адади Nusselt ба таври систематикӣ боло рафтааст.
• Дар фосилаи тақрибии Re=75.000–135.000 адади таҷрибавии Nu тақрибан аз 74 то 97 афзудааст.
• Коррелятсияҳои классикии Dittus–Boelter, Gnielinski, Colburn ва Zhou дар шароити озмоишии мавҷуда каҷравиҳои назарраси пешгӯӣ нишон додаанд.
• Аз маълумоти озмоишӣ чор коррелятсияи нави эмпирикии Nusselt таҳия шудааст.
• Робитаи \(Nu=0.202Re^{0.465}Pr^{-2.19}\) бо далели таъмини тавозуни муносиб байни дақиқӣ ва хатои ҳадди аксар пешниҳод шудааст.
• Барои коррелятсияи пешниҳодшуда R²=0,988, MAPE=%0,715 ва каҷравии нисбии ҳадди аксар %2,404 гузориш шудааст.

Натиҷаҳое, ки кор исбот намекунад

• Кор исбот намекунад, ки захираи чуянӣ аз ҳамаи маводҳои алтернативии захираи гармӣ аз ҷиҳати иқтисодӣ беҳтар аст.
• Озмоиш интиқоли гармии CO₂-и фавқибӯҳрониро таҳлил намекунад.
• Коррелятсияи пешниҳодшуда барои фишорҳо ва геометрияҳои дигари канал тасдиқ нашудааст.
• Кор самаранокии даври барқ-ба-барқи як нерӯгоҳи пурраи захираи энергияро чен накардааст.
• Барқи насоскунӣ, иқтисоди умумии система ва арзиши ҳамсатҳшудаи захираи энергия ҳисоб нашудааст.
• Пиршавии механикӣ ё микроструктуравии чуян пас аз давраҳои бисёр дарозмуддати гармӣ таҳқиқ нашудааст.
• Натиҷаҳо барои иншоот ё нерӯгоҳи муайян дар Туркия кафолати мустақими иҷро нестанд.

Усул ва натиҷаҳои кор

Хулосаи тарҳи таҷрибавӣ

Се ҳолати намояндагии озмоиш

Кор барои баррасии профилҳои ҳарорат аз минтақаҳои Reynolds-и паст, миёна ва баланд се ҳолати намояндагӣ интихоб кардааст. Дар Ҷадвали 3-и манбаъ арзишҳо чунин чоп шудаанд:

Азбаски арзиши Reynolds дар Case B бо фосилаи умумии кори таҳқиқот мувофиқ нест, он набояд ҳамчун арзиши ислоҳшуда истифода шавад. Ин ҷадвал танҳо барои ҳуҷҷатгузории шакли чопшудаи манбаъ оварда шудааст.

Тафсири физикии тамоюли Nusselt–Reynolds

Вақте Reynolds меафзояд, таъсирҳои инерсионии ҷараён нисбат ба таъсирҳои часпакӣ қавитар мешаванд ва дар фосилаи кории турбулентии таҳқиқшуда конвексия байни CO₂ ва девори канал шиддат мегирад. Дар озмоиш ифодаи ин ҳолат афзоиши монотонии адади Nusselt мебошад.

Муҳаққиқон парокандагии тарафи Reynolds-и пастро ба он вобаста мекунанд, ки ҳарорати девор комилан собит набуда, тағйироти хурди фарқи ҳарорати маҳаллӣ метавонад ба арзишҳои ҳисобшудаи Nusselt таъсир расонад. Дар тарафи Reynolds-и баланд тамоюли афзоиш қавитар аст, аммо тағйироти хурди гармии маҳаллӣ ҳамоно ба парокандагии маълумот саҳм мегузорад.

Паёми асосии муқоисаи коррелятсияҳои классикӣ

Дар графики муқоисаи Dittus–Boelter дида мешавад, ки модели классикӣ нисбат ба арзишҳои таҷрибавии Nu дар фосилаи тақрибан 74–98 пешгӯиҳоро то сатҳи тақрибан 160–250 медиҳад. Пешгӯии баланди систематикии монанд дар графикҳои Gnielinski ва Colburn низ мавҷуд аст.

Гарчанде робитаи Zhou ифодаи пешрафтатаре мебошад, ки таносуби ҳароратро дар бар мегирад, он ба арзишҳои таҷрибавӣ пурра мувофиқ намеояд. Ин натиҷаҳо асоси таҳияи робитаи регрессияи махсус барои системаи мавҷудаи чуян–CO₂-и баландҳароратро ташкил медиҳанд.

Усули регрессия

Коррелятсияҳои аввал аз сохтори умумии зерин таҳия шудаанд:

\[ Nu=aRe^bPr^c \]

Маълумоти озмоишӣ ба фазои логарифмӣ гузаронида шуда, коэффитсиентҳо бо регрессияи хаттии бисёртағйирёбандаи оддитарин квадратҳо муайян шудаанд.

Вақте маълум шуд, ки каҷшавии минтақаи Reynolds-и баланд бо қонуни дараҷавии классикӣ пурра ифода намешавад, модели полиномии васеъшуда бо узви дараҷаи дуюми тағйирёбандаи \(\ln(Re)\) низ сохта шуд. Муҳаққиқон қайд мекунанд, ки он дар дохили фосилаи озмоишӣ мутобиқати чандиртар медиҳад, аммо ҳангоми экстраполятсия берун аз фосила метавонад устувории пасттар дошта бошад.

Арзёбии омории коррелятсияи пешниҳодшуда

Дар графикҳои parity-и кор гузориш шудааст, ки пешгӯиҳои гирифташуда аз коррелятсияҳои нав атрофи арзишҳои таҷрибавӣ ҷамъ мешаванд ва ҳамаи нуқтаҳои маълумот дар банди ±%10 мемонанд. Бо вуҷуди ин дар омӯзиш ва арзёбии коррелятсияҳо тарзи ҷудо кардани ҳамон ҳавзи маълумоти озмоишӣ, маҷмӯи мустақили санҷиши беруна ё тартиби cross-validation шарҳ дода нашудааст.

Ҷанбаҳои қавии озмоиш

• Натиҷаҳо танҳо аз CFD ё ҳисобҳои назариявӣ не, балки аз системаи физикии озмоишии даври пӯшида гирифта шудаанд.
• Воҳиди воқеии захираи гармии чуянӣ ва меъмории бисёрканалӣ истифода шудааст.
• Ҳарорат, фишор ва дебити CO₂ дар вақти воқеӣ чен шудаанд.
• Барои ченкуниҳо ва бузургиҳои ҳосилшуда таҳлили номуайянӣ анҷом дода шудааст.
• Муқоисаи мустақим бо коррелятсияҳои классикӣ пешниҳод шудааст.
• Робитаи эмпирикӣ на танҳо бо коэффитсиенти мутобиқат, балки бо MAPE ва каҷравии ҳадди аксар низ арзёбӣ шудааст.
• Фосилаи эътибори робитаи пешниҳодшуда ба таври равшан маҳдуд карда шудааст.

Маҳдудиятҳои асосии методӣ

Озмоиш танҳо дар фишори 0,2 MPa гузаронида шудааст. Аз ин рӯ таъсири мустақили фишор ба интиқоли гармӣ ба таври параметрӣ санҷида нашудааст.

Кор ба як геометрияи асосии канал ва диаметри 200 mm такя мекунад. Таъсири диаметри канал, ноҳамвории сатҳ ё геометрияҳои дигари дохилӣ ба таври таҷрибавӣ муқоиса нашудааст.

Робитаи пешниҳодшуда аз маҷмӯи маълумоти мавҷудаи озмоишӣ бароварда шуда, дар ҳамон фосилаи озмоишӣ арзёбӣ шудааст. Бо лабораторияи дигар, сохтори дигари чуян ё маҷмӯи мустақили маълумот тасдиқи беруна пешниҳод нашудааст.

Талафоти гармӣ бо сабаби изолятсияи хуб ночиз қабул шудааст; аммо кор барои тамоми давр буҷети муфассали талафоти энергия ё харитаи самаранокии дарозмуддати динамикии заряд-разряд пешниҳод намекунад.

Ҳадафи кор таҳияи коррелятсияи муҳандисии интиқоли гармии конвективии маҳаллӣ/миёна мебошад. Самаранокии захира дар сатҳи тамоми система, истеъмоли насос, арзиши таҷҳизот, арзиши давраи ҳаёт ё нишондиҳандаҳои экологӣ натиҷаҳои мустақими ин озмоиш нестанд.

Ёддошти манбаъ ва усул

Номи пурраи кори аслӣ: Experimental investigation of forced convective heat transfer of subcritical CO₂ in high-temperature cast-iron thermal storage channels

Муаллифон ва тартиб: Hongbo Wang; Cong Liu; Qimin Wang; Xiaohui Zhang.

Муаллифи масъул: Cong Liu.

Почтаи электронии муаллифи масъул: liucong@sie.edu.cn

Саҳми баробар/муаллифии якуми баробар: Дар версияи боршуда изҳороти саҳми баробар ё муаллифии якуми баробар мавҷуд нест.

Муассиса: Shenyang Institute of Engineering, Shenyang 110136, China.

Навъи манбаъ: Препринти таҳқиқоти таҷрибавӣ оид ба интиқоли гармии конвективии CO₂-и зерибӯҳронӣ дар системаи сахти захираи гармии ҳисшавандаи баландҳарорат.

Платформа: SSRN.

Рақами сабти SSRN: 6934134.

DOI: 10.2139/ssrn.6934134.

Пайванди расмӣ:SSRN 6934134

Вазъи рецензия: Версияи баррасишуда препринтест, ки аз арзёбии рецензентӣ нагузаштааст. Дар назорати библиографӣ барои ҳамин сарлавҳа версияи алоҳидаи маҷаллаи рецензияшудаи қатъан тасдиқшуда ёфт нашуд; бинобар ин маълумоти маҷалла ё DOI-и рецензияшуда илова нашудааст.

Соли нашр: 2026.

Усули таҷрибавӣ: Системаи даври пӯшидаи CO₂-и зерибӯҳронӣ дар фишори 0,2 MPa; муҳити захираи гармии ҳисшавандаи чуянӣ, ки бо барқ гарм шудааст; 32 воҳиди захираи пайдарпай; насоси басомади тағйирёбанда; ченкуниҳои ҳарорат, фишор ва дебит; ҳисобҳои Reynolds, Prandtl ва Nusselt; таҳлили номуайянии таҷрибавӣ ва регрессияи эмпирикӣ.

Манбаи маълумоти термофизикӣ: Муҳаққиқон барои арзишҳои зичӣ, часпакӣ, гармии хос ва гузаронандагии гармии CO₂ аз NIST Chemistry WebBook SRD 69 истифода кардаанд.

Коррелятсияи пешниҳодшуда: \(Nu=0.202Re^{0.465}Pr^{-2.19}\).

Иҷрои коррелятсияи пешниҳодшуда, ки кор гузориш кардааст: R²=0,988; MAPE=%0,715; каҷравии нисбии ҳадди аксар=%2,404.

Ҳадди эътибор: 70.000≤Re≤140.000; 9≤u≤15 m/s; 450≤T≤550 °C; p=0,2 MPa. Истифода берун аз ин ҳудудҳо аз ҷониби кор таҷрибавӣ тасдиқ нашудааст.

Номутобиқати ададии дохили манбаъ: Дар Ҷадвали 3 барои Case B адади Reynolds 8,7×10⁵ дода шудааст; ин арзиш бо фосилаи озмоишии 7,5×10⁴–1,35×10⁵, ки кор муайян мекунад, мувофиқ нест. Арзиш хомӯшона ислоҳ нашудааст.

Номутобиқати рақамгузории дохили манбаъ: Чор коррелятсияи нав дар матни асосӣ ҳамчун Муодилаҳои 14–17 дода шудаанд, аммо дар Ҷадвали 6 ва графикҳои пешгӯии марбут тамғаҳои Eq.12–Eq.15 истифода мешаванд. Азбаски матн ва бахши натиҷаҳо пешниҳоди ниҳоиро Муодилаи 16 меноманд, робитаи математикӣ айнан нигоҳ дошта шуда, номутобиқати рақамҳо алоҳида зикр шудааст.

Маблағгузорӣ: Дар версияи боршуда изҳороти ҷудогонаи маблағгузорӣ ошкор нашудааст.

Ихтилофи манфиатҳо: Дар версияи боршуда изҳороти ҷудогонаи ихтилофи манфиатҳо ошкор нашудааст.

Дастрасии маълумот: Дар версияи боршуда изҳороти ҷудогонаи дастрасии маълумот вуҷуд надорад.

CRediT/саҳми муаллифон: Дар версияи боршуда изҳороти муфассали CRediT оид ба саҳми муаллифон вуҷуд надорад.

Изҳороти зеҳни сунъии тавлидӣ: Муҳаққиқон изҳор мекунанд, ки ҳангоми омода кардани матни кор барои беҳтар кардани хонданӣ будан ва равшании мантиқӣ аз ChatGPT истифода кардаанд, баъдан муҳтаворо бозбинӣ ва таҳрир карда, масъулияти муҳтавои корро ба уҳда гирифтаанд.

Литсензия: Дар версияи баррасишуда Creative Commons ё литсензияи ҳамарзиши истифодаи боз кушода ошкор нашудааст. Аз ин рӯ истифодаи визуалӣ бар асоси нусхабардории айнани аксҳо ва графикҳои таҷҳизоти аслии озмоишии манбаъ фарз нашудааст.

Ҳадди асосии илмӣ: Натиҷаҳо ба геометрияи муайяни канали 200 mm, системаи захираи чуянии 32-воҳидӣ ва шароити CO₂-и зерибӯҳронии 0,2 MPa тааллуқ доранд. Гузаронидани коррелятсия ба фишорҳо, маводҳо, геометрияҳои канал ё реҷаи суперкритикӣ бояд алоҳида тасдиқ карда шавад.

Принсипи муҳтавои илмӣ: Тарҳи озмоиш, формулаҳо, арзишҳои ченшуда, коррелятсияҳо, омор ва маҳдудиятҳо дар ин шарҳи Verianla ба кори баррасишуда асос меёбанд. Назорати библиографии беруна танҳо барои тасдиқи шахсияти SSRN ва DOI истифода шудааст; аз таҳқиқоти дигар натиҷаи нави илмӣ ба ривояти асосӣ илова нашудааст.