Simülasyon

Report
V Simülasyon
İçindekiler
•
•
•
•
Giriş
Simülasyon aracı YET
Sayısal modelleme
Simülasyon aracı FeFlow
Member of
Consortium
İçerik organizyonu / görevlerin atanması
Member of
Consortium
TBGE planlama
TBE planlama
Content organisation / assignment of tasks
Member of
Consortium
II Dimensioning – yeraltı su kuyusu sistemleri
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
Yer altı su kuyusu sistemlerinin
boyutlandırılması
Su-su ısı pompalarının kullanımı
Hidrolik parametreler
– Kuyunun çıkış gücü:
her KW buharlaşma kapasitesine 0,25
m³/h akış debisi gereklidir
10 KW akış kapasitesi
2,5 m³/h gerekli bir deşarj akımı
sonuçlandırır.
– Pompalama testleri ile yeraltı suyu horizont
jeotermal kapasitesinin kontrol edilmesi
– Üretim kuyusu ve injeksiyoun kuyusu
arasındaki yeterli mesafe (a minimum of 15
m küçük üniteler için) termal kısa devreleri
önlemek için
– Büyük üniteler için, yeraltı taşıma
modellerinin bir sayısal simülasyonu
gereklidir.
Member of
Consortium
5
Yer Isı Eşanjörlerinin Boyutlandırılması
Beispie lberec hnung für Raster 1640:
Calculation of partial thermal yields /
geological layer
127.50
Sondenlä nge
Q80 m Q50 m
NN + 117,50 m
120.00
Quartär
112.50
(Q_ tr)
105.00
Quartär
gesättig t
(OKL_wf)
2,50 m
C
Berechnung der anteiligen Entzugsle istung:
NN + 115,00 m
2,50 m
Quartär
X
=
0, 63 W / m
=
19 ,00 W / m
=
19 ,50 W / m
=
12 ,19 W / m
=
51 ,32 W / m
80 m
(Q80_Sed_t r)
19,00 m
97.50
20 W / m
NN + 96,00 m
19,00 m
Quartär
90.00
80 W / m
X
gesättigt
(Q80_OKL_wf)
80 m
82.50
75.00
Pliozän
39,00 m
39,00 m
(80_P lio)
Pliozän
67.50
40 W / m
X
(Q80_Plio)
80 m
60.00
NN + 57,00 m
19,50 m
52.50
Tertiär
45.00
50 W / m
X
(80_Tert)
19,50 m
(Anteil)
80 m
37.50
30.00
Tertiär
(Festgestein)
(80_Tert)
27.50
NN + 32,50 m
Q80_Summe
Member of
Consortium
6
II Dimensioning – beton kısımlara dokunan yeryüzü
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
•
•
•
•
Beton kısımlara dokunan yeryüzünün
boyutlandırılması
Geniş jeotermal sistemler için uygulanabilir (ofis binaları / gökdelenler)
Kuyu ısı değiştiricilerinin boyutlandırılması metodu sadece zemine dokunan beton
parçaların boyutlandırılmasıdır.
Planlama , ölçümlendirme, yeryüzündeki beton kısımarın inşası ile ilgili detaylar İsviçre
Norm SIA D 0190’da bulunabilir “direk ve zemine dokunan beton parçaların kurulumu
ile jeotermal enerjinin kullanımı“
Genel olarak sayısal boyutlandırma(e. g. PILESIM)
Direk / kesik duvarlar miktarı yapı projesi tarafından belirlenir
Enerjik optimizasyon:
– yeraltı termal özellikleri ve yap parçalarının çapı dikkate alınarak, direk yada duvar
paneli başına düşen boru döngülerinin miktarı (yüksek ısı iletkenliği ve yüksek
yeraltı suyu akışı ile daha fazla döngü mümkündür)
– Borular arasındaki aralık dikkate alınarak aktif direk miktarı(„ alternatif termal
etkiler“)
– Düşük derinliklerdeki duvar panellerinde ve iki veya daha fazla direğin seri
bağlanması
Member of
Consortium
7
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Neden simülasyon?
Amaç: jeotermal birimlerin sürdürülebilir boyutlandırılması
Bireysel jeotermal ısı eşanjörlerinin yanı sıra belirli bir dereceye kadar
jeotermal ısı değiştirici alanları için dizinler ve boyutlandırma için
kullanılabilen/kullanılabilir özel konfigürasyonlar vardır.
Ancak, jeotermal birimin planlanan kullanımı, standart planlamadan
farklılaşırsa (örn: soğutma, çift kaynaklı kullanım vs), yada özel jeolojik
etkileri düşünmek zorunda kalırsanız ( örn: yer altı suyu akışı) çeşitli
bilgisayar programları hesaplama için kullanılır.
Member of
Consortium
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Neden simülasyon?
Dikkate alınacak programlar şöyledir:
•
G fonksiyonu ve analitik çözümlemeye dayalı programlar
•
+
+
örn: YET(Yeryüzü Enerji Tasarlayıcısı) ve EWS
Sadece averaj bir değerin kullanılması
Sadece verilen konfigürasyonun kullanımı
Kolay yönetilebilir
Hızlı
Member of
Consortium
V Simulation: Introduction
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Neden simülasyon?
Dikkate alınacak programlar şöyledir:
•
G fonksiyonu ve analitik çözümlemeye dayalı programlar
•
+
+
•
örn: YET(Yeryüzü Enerji Tasarlayıcısı) ve EWS
Sadece averaj bir değerin kullanılması
Sadece verilen konfigürasyonun kullanımı
Kolay yönetilebilir
Hızlı
Çözümlemede nümerik metod kullanan programlar
•
+
+
-
örn: SPRING ve FeFlow
Herhangi bir sırada oluşturulan kompleks model (jeolojik katmanları ve
yükleme profillerinin herhangi bir sayısı.)
Daha gerçekçi bir şekilde doğayı gösterir
Daha önceki bilgi kesinlikle gereklidir
Zaman ve çaba
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Yeryüzü Enerji Tasarlayıcısı
YET 3.16 (Yeryüzü Enerji Tasarlayıcısı)
–
–
BLOCON tarafından yayınlanmıştır
BLOCON SWEDEN
Nordmannavägen 96
SE-224 75 Lund, İsveç
Email: [email protected]
Anasayfa: www.blocon.se
Kuyu ısı değiştiricisi tasarımı için bir bilgisayar programı. Yer kaynaklı ısı pompası sistemleri
(YKIP) ve kuyu termal depolama tasarımı için geliştirilmiştir.
Tuzlu su sıcaklıklarının hesaplanması, aylık ısıtma / soğutma yükleri için yapılır. Boru
malzemeleri özellikleri ve ısı taşıyan sıvıların özelliklerinin yanısıra önemli zemin
parametrelerini sağlayan veritabanlarıdır. Aylık ortalama ısıtma ve soğutma yükleri girdi
verileridir. Buna ek olarak, her ayın sonunda birkaç saat içindeki pik sıcak / soğuk yükler için
ekstra bir eğilim düşünülebilir.
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Yer özellikleri
–
Termal iletkenlik [W/mK]
•
•
–
–
Hacimsel ısı kapasitesi
Yer yüzü sıcaklığı
•
–
Örn: kumtaşı 2.3 (önerilen)
Örn: Kuru kum 0.4 (önerilen)
Yer yüzündeki yıllık averaj sıcaklık
Jeotermal ısı akışı
•
•
Almanya 30 to 100 mW/m²
Türkiye
60 to 200 mW/m²
Sıcaklık sahası, ısı akışı ile bağlantılı olarak yüzey sıcaklığından yada kuyu ısı değiştiricisinin yanısıra
ortalama sıcaklıktan( termal tepki testinden gelen veri ile) belirlenebilir.
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Kuyu ve Isı değiştirici
–
Çeşit
•
•
•
•
–
Kötü dolumdan dolayı ek direnç
Dolum ısıl iletkenliği
•
–
Tek
Çizgi
L-konfigürasyon
U-konfigürasyon
Açık dikdörtgen
Dikdörtgen
Derinlik
Boşluk
Çap
İletim direnci boru/dolgu
•
–
(yaygın)
(yaygın)
(en yaygın)
(olağandışı)
Konfigürasyon
•
•
•
•
•
•
–
–
–
–
Koaksiyal
Tek -U
Çift -U
Üçlü -U
Geliştirilmiş dolum maddesi (ʎ > 2,0 W/mK)
Hacim akış oranı
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Kuyu ve ısı değiştirici
–
U-boru (or koaksiyal)
•
•
•
•
Dış çap
Duvar kalınlığı
Termal iletkenlik
Şaft boşluğu
–
Merkezden her bir “U” daki aşağı ve yukarı boru
merkezlerine olan uzaklık
Uygulamada, mesafe, uzunluk boyunca sabit
değildir (şaft boşluğu) ve ortalama bir değer
kullanılmalıdır. Eğer aralayıcı kullanılırsa (yaygın
değil) aralayıcılar tarafından gerçekleştirilen uzaklık
uygundur.
Şaft aralığının simülasyon üzerindeki etkisi çok
büyüktür!
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Kuyu termal direnci
–
Değerleri hesaplamak
Hesaplama, Kuyu eksenine çapraz bir düzlemde iki boyutlu ısı
iletimi sorunun kesin bir çözümü veren analitik bir çözüm
kullanır.
–
İç ısı transferi için hesap
Aşağı ve yukarı akan bireysel borular arasındaki ısı
transferi
–
Sabit değerler
Örnek olarak termal tepki testinden gelen değerler.
Isı taşıyan akışkanlar
–
Veritabanı- örnek:
•
•
Su (soğutma yada ısıtma/soğutma kullanımları
için)
Mono etilen glikol 25% (ısıtma yada
ısıtma/soğutma kullanımları için)
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Temel yük
• Çift girişli yöntemler
–
Yıllık enerji & aylık profil
•
•
–
Bütün yılın ısıtma ve soğutma yüklemesi
Belirli bir yük profili (yüzde olarak) kullanarak bireysel aya yayılı
yük
Aylık enerji değerleri
•
Her ay için ısıtma ve soğutma yüklemesi
İlk yöntem, sadece yıllık yükü değiştirerek yük profilinde hızlı değişiklikler
sağlar!
•
Evsel sıcak su
•
Bu değer, yıl boyunca eşit
olarak yayılır.
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Temel yük
• MPF: Mevsimsel Performans Faktörü
–
–
•
Bu durumda, daha fazla veya daha az, zaman-ortalamalı
PK ya (performans katsayısı) eşittir
Elektrik bölümü otomatik olarak kesilir
Seçenek “direk”
•
ısı pompası çalışması yok ise, "doğrudan soğutma" ya da
"doğrudan ısıtma“ denir
Bir iç temizleme olarak anlamak için (ısıtma ve soğutma
sistemi arasındaki) Eşzamanlı çalışan ısıtma ve soğutma yükleri
çıkarılır.
Member of
Consortium
V Simüasyon: YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
YET
Tepe yükleme
Tepe yükler mümkün olan en yüksek sıcaklık değişimleri tahmin etmek için kullanılır. Tepe yüke göre ısı
çıkarma veya ekleme her ayın sonunda temel yüke eklenir ve çıkan akışkan sıcaklıkları hesaplanır.
•
•
Güç
–
Genel olarak ısı pompasının gücü
–
Temel yük menüsünde verilen programdaki
mevsimlik performans faktörü ile program
otomatik olarak hesaplar
Süreç
–
•
Maksimum saatte ısıtma ve soğutma
yüklemesi beklenir
Simülasyon periodu
–
Bütün simülasyon periodu(yaygın olarak 25
yıl)
–
Çalışmanın ilk ayı
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Ortalama akışkan sıcaklığının hesaplanması “çözüm”
•
Ortalama akışkan sıcaklığını çözmek
–
•
Verilen bir işletmenin ısı taşıyan akışkanının ortalama sıcaklığının hesaplanması (yer, derinlik, konfigürasyon
“kuyu ve ısı değiştirici” menüsünden)
Gerekli kuyu uzunluğunu çözmek
–
İşletme için akışkan sıcaklığını verilen sınırlar içerisinde tutmak için kuyu uzunluğunun hesaplanması
•
•
Alt menude belirtilen sınırlar “akışkan sıcaklığı kısıtlamaları”
Gerekli kuyu uzunluğunu çözmek–
Optimizasyon
–
Yer için verilen genişliğe, derinliğe ve toplam ısı
değiştiricisi için verilen alana bağlı olarak
toplam kuyu uzunluğunun hesaplanması
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Çıkan YET
•
•
Tasarım datasının gözden geçirilmesi
Tasarım datası sayfasının verdiği sonuçlar
–
–
Giriş datası
Hesaplanan değerler
•
•
•
–
Kuyu termal direnci
Reynolds-sayısı
Isı çıkarma oranı
Ortalama akışkan sıcaklığı
•
•
Temel yük
Tepe yük
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
YET
Çıkan YET
•
Akışkan sıcaklıklarını çizmek
–
–
•
Yirmi beşinci yılın sıcaklıkları (her zaman
simülasyonun son yılı)
Eğer başka bir yılın sıcaklığını görmek
istiyorsanız, simülasyon periodunu ayarlayın
min – max sıcaklıkları çizmek
–
simülasyon süresinin bütünü boyunca
gösterilen sıcaklıklar
Simülasyonun son yılı
Gösterilen sıcaklıklar, akış ve dönüş değerleri ​arasındaki
ortalama değerlerdir. Bu da demektir ki, 4 K nın
sıcaklığının
yayılması
durumunda
akış,
gösterilen
sıcaklıklardan 2 derece daha soğuk, dönüş ise 2 derece
daha sıcaktır. Soğutma durumunda olay tam tersidir.
Simülayon sürecinin bütünü
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
Örnek YET
“Eksantrik ev” jeotermal kaynağı
–
–
–
–
–
5000 m² toplam zemin alanıyla ofis binası
15 kat
89 m toplam yükseklik
Öngerilmeli beton levha
Ön cam
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
Örnek YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
Çift kaynaklı ısıtma ve soğutma sistemleri
–
Isıtma sistemi
•
Temel yük: jeotermal enerji
–
•
Beton çekirdek aktivasyonu
Tepe yük: bölge ısıtma
–
–
Radyatör
Havalandırma sistemi
Toplam ısıtma ve soğutma talebi
–
Soğutma sistemi
•
Temel yük: jeotermal enerji
–
•
Beton çekirdek aktivasyonu
Tepe yük : soğutucu
–
Havalandırma sistemi
Jeotermal ve geleneksel kaynak
Member of
Consortium
23
V Simülasyon : YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Örnek YET
Çift kaynaklı işletim
•
Dış mekan sıcaklığı ile tasarım için ısı
gereklilikleri arasında yaklaşık doğrusal bir ilişki
olduğunu varsayarak makul olarak doğru bir
yıllık yük süresi eğrisi oluşturulabilir
•
% 20 ısıtma yükü ile ısıtma talebinin% 44
kapsanabilir
Yıllık yük süresi eğrisi
Peak load
Base load
Temel yük / Tepe yük
Member of
Consortium
V Simülasyon : YET
Örnek : YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
Gerçek bir değiştirici sahası YET konfigürasyonuna çevrilmelidir
–
–
Değiştiriciden değiştiriciye olan termal etki, gerçek alan ile benzer olmalıdır
Değiştiricilerin sayısı eşit olmalıdır
•
Eğer bu mümkün değilse, ısı talebi ve soğutma gereksinimi ona göre ayarlanmalıdır.
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Örnek: YET
Prosedür
En kötü durum
•
Sadece ısı temini için değiştirici alanı (yerin
sadece ısı kaynağı olarak kullanımı)
•
Soğutma kaynağı için özel olarak değiştirici
alanları (toprak sadece bir ısı çukuru olarak
hizmet vermektedir)
Optimazyonu yapılmış
•
Optimize edilmiş ölçülerle kombine ısıtma ve
soğutma kaynağı için değiştirici alanları (yer,
soğuk mevsimde ısıyı çekerek ısı kaynağı
olarak, sıcak mevsimde soğutucu olarak
kullanılır)
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
Örnek: YET
Duyarlılık analizi (en kötü durumda)
–
–
–
Sadece ısı kaynağı
6 m ve 15 m arasındaki uzaklık
Sonuç : jeotermal kazanç
–
–
–
Sadece soğutma kaynağı
6 m ve 15 m arasındaki uzaklık
Sonuç : jeotermal kazanç
Member of
Consortium
V Simülasyon : YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Örnek : YET
Kombine edilmiş ısıtma ve soğutma
kaynağı
•
Değiştirici sahası(uzaklık 9 m)
–
–
•
Derinlik çeşitliliği
Maksimum jeotermal kazanç
Jeotermal ısı akışının görünen etkisi
–
–
Jeotermal kazanç derinlik artıkça
artar.(ısı)
Jeotermakazanç derinlik artıkça azalır
(soğutma)
Member of
Consortium
V Simülasyon: YET
Örnek: YET
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Tercih edilen alternatif
•
Simülasyon dönemi boyuncaki sıcaklıklar
–
Soğutma ihtiyacı en etkili faktördür.
•
•
Beton çekirdek aktivasyonu kullanarak bile daha
yüksek sıcaklıklar mümkün değildir.
Değiştiriciler sahasında sıcaklık düşümünden
dolayı soğutmanın performansı zamanla düşer.
Simülasyonun ikinci yılı
Simülasyon süresinin bütünü
Member of
Simülasyonun son yılı
Consortium
Analitik Rezervuar Modelleme
Açık Kuyu Akışı
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
• sabit koşullar altında kuyu içine akış rezervuara doğru olan akışa eşit olmalıdır;
• akışkan sıvı ise, hacimsel akış eşit olmalıdır;
• rezervuardaki basınç dağılımı kuyunun radyal merkezli bir fonksiyonudur.
Member of
Consortium
30
Analitik Rezervuar Modelleme
Açık Kuyu Akışı
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Basınçlama Mekanizması
Soğuk su kolonu rezervuar basıncına
neden olur. Soğuk suyun yoğunluğu
rezervuar sistemindeki sıcak
jeoakışkanın yoğunluğunu geçer.
(“doğal sifon” akışkanın kuyu içine
gitmesine neden olur)
Analitik hesaplamalar:
•Sadece sıvı akış
•Flash horizonun yeri
•Kuyudaki iki fazlı akış
Komple model: kuyu içi flashlama ile
birlikte kuyu başına rezervuar:
Rezervuardaki basınç düşümü
Kuyudaki hidrostatik basınç düşümü,
sıvı kısım ve iki fazlı kısım
2 fazlı kısımdaki sürtünme basıncınn
düşümü
Sıvı kısımdaki sürtünme basıncının
düşümü
2 fazlı kısımda hızlanma basıncının
düşümü
Member of
Consortium
31
V Simulation: Numerical Modelling
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Nümerik modelleme
Nature
Verification
Physical
Model
Calibration
Mathematical
Model
Numerical
Model
Member of
Consortium
32
V Simülasyon : Nümerik modelleme
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Nümerik modelleme
Doğa
Doğrulama
Fiziksel
model
Kalibrasyon
Matematiksel
Model
Nümerik
Model
Member of
Consortium
33
V Simülasyon: Nümerik modelleme
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Fiziksel model
Amaç
Amacın Kapsamı
Maliyetler
Araştırmaların Görev Kapsamı
Topografya
Jeoloji
Hidroloji
Verien Toplanması ve
Değerlendirimesi
Verilerin Sınıflandırılması ve
Değerlendirilmesi
Çalışma Alanı
Dengelenmiş Alan
Model Alanı
Gerçekliğin Basitleştirilmiş Çıkarımları
Stratigrafi Birimleri
Homozenizasyon Bölgeleri
Materyel Parametreleri
Jeolojik Konseptin Türetilmesi
Jeolojik Konseptin Gözden
Geçirilmesi
Saha verisi
Matematiksel Modeller
Ch. König, delta-h; D-Witten
Member of
Consortium
34
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Numerik Modelleme
Doğa
Doğrulama
Fiziksel
Model
Kalibrasyon
Matematiksel
Model
Nümerik
Model
Member of
Consortium
35
V Simülasyon: Nümerik Modelleme
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Matematiksel Model
Matematiksel model, fiziksel prensiplere dayanır, örneğin; Darcy´nin, Fourier´in
Fick´in ve Hook´un kanunları.
Bu açıdan, matematiksel model aşağıdaki şartları yerine getirmek zorundadır:
Etkili ve güvenilir olmak zorundadır.
 Matematiksel modelin etkinliği:
“Hesaplama için en etkili matematiksel model en düşük maliyette yeterli doğrululukla
sonuçlanan modeldir” . K.-J. Bathe: Finite Elemente
 Matematiksel modelin güvenilirliği:
“Seçilen modelin, talep sınırları içerisinde, sonuç tahminlerinin kanıtları varsa
güvenilirdir.” K.-J. Bathe: Finite Elemente
Member of
Consortium
36
V Simülasyon: Nümerik modelleme
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Nümerik Modelleme
Doğa
Doğrulama
Fiziksel
Model
Kalibrasyon
Matematiksel
Model
Nümerik
Model
Member of
Consortium
37
V Simülasyon: Nümerik Modelleme
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Nümerik Modelleme
Matematiksel model tanımladıktan sonra uygun sayısal yöntem seçilmelidir. Diferansiyel
denklemlerin yaklaşık çözümlerini bulmak için çeşitli nümerik teknikler vardır, örn.:
•
•
•
•
•
Sonlu Elemanlar Yöntemi(SEY)
Sonlu Farklar Yöntemi(SFY)
Sonlu Hacim Yöntemi(SHY)
Sınır Elemanları Yöntemi(SEY)
…
Sıvı akışı ve ısı taşıma simülasyonu için GZB, kanıtlanmış
iyi bir yazılım paketleri olan SPRING ve FeFlow kullanmaya karar vermiştir. Her iki delta-h, D-Witten
programda Sonlu Elemanlar Yöntemine dayanır.
Member of
Consortium
38
V Simülasyon: Nümerik Modelleme
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Sonlu Elemanlar Yöntemi
•
Mekansal Ayrıştırma:
Model alanı, sınırları nodlarla gösterilen elemanlara bölünmüştür. Modelin önemli
avantajlarından biri elemanların faklı boyutlarda seçilebilir olabilmesidir. Elemanın
minimum boyutu Péclet sayısının yardımıyla seçilmelidir.
•
Zamansal Ayrıştırma:
–
–
Sabit durum: Denge durumu, zamanla değişme yok
Geçiş : akış ve/veya ısı taşıma işleminde zamanla değişim
Zaman adımları Courant kriteri yardımıyla minimum boyutta seçili olmalıdır.
Member of
Consortium
39
V Simülasyon: Nümerik modelleme
Başlangıç ​ve Sınır Koşulları
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Kısmi diferansiyel denklem sistemi açık bir şekilde çözülmüş olması gerekmektedir.
Bu nedenle, gerekli olarak başlangıç ve sınır durumları belirtilmiş olmalıdır.
•
Başlangıç durumları:
–
–
•
Sıcaklık değeri
Hidrolik yük değeri
Sınır durumları:
–
Dirichlet durum = birinci tip sınır durumu
•
•
–
Neumann durumu = ikinci tip sınır durumu
•
•
–
Sıcaklık bilinir
Hidrolik yük bilinir (örn. Geniş su kütleleri)
Sıcaklıktaki değişim bilinir
Akış oranı bilinir (örn. su, kuyu)
Cauchy durumu = üçüncü tip sınır durumu
Dirichlet ve Neumann sınır durumlarını içerir
(e.g. Daha küçük su kütleleri)
Member of
Consortium
40
V Simülasyon: Nümerik modelleme
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Nümerik modelleme
Doğa
Doğrulama
Fiziksel
Model
Kalibrasyon
Matematiksel
Model
Nümerik
Model
Member of
Consortium
41
V Simülasyon: Nümerik modelleme
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Kalibrasyon
Modellemedeki bir sonraki aşama
Modelin kalibrasyonudur.
Hesaplanan hidrolik yüklerin ,
gözlem kuyularında ölçülen
hidrolik yüklere dayanarak ara
değerli hidrolik yükler ile
kıyaslayarak kalibrasyon yapılması
bir seçenektir.
Kalibrasyondan sonra hesaplanan (kırmızı) and aradeğerlikli (yeşil) potansiyel yükle
Siyah halkalar: ölçülen farklılıklar.
SPRING, delta-h, D-Witten: http://spring.delta-h.de
Member of
Consortium
42
V Simülasyon: Nümerik modelleme
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Nümerik modelleme
Doğa
Doğrulama
Fiziksel
Model
Kalibrasyon
Matematiksel
Model
Nümerik
Model
Member of
Consortium
43
V Simülasyon : Nümerik modelleme
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Doğrulama
Nümerik modelleme sonuçlarının kalitesi için alakalı kriterleri karşılayan en önemli modeldir.
Sıvı akışı ve ısı transferi modelinin doğruluğu için aşağıdaki kriterler dikkate alınmalıdır:
•
•
•
•
•
Yer altı suyunun alçalma konisi
Homojen materyalde ısı iletimi
Elder-Problem (gözenekli ortamdaki yoğunluk odaklı akışın düşünüldüğü çözünmüş maddelerin iletimi)
Henry-Problem (kapalı akiferdeki tuzlu su akışının simülasyonu, yoğunluk odaklı akış düşünülerek)
…
Member of
Consortium
44
V Simülasyon: FEFLOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
FEFLOW
FEFLOW 6
– DHI-WASY GmbH
– Waltersdorfer Straße 105
12526 Berlin-Bohnsdorf
Anasayfa : www.feflow.info
Gözenekli ortamdaki akış ve taşıma proseslerinin simülasyonunda lab ölçeğinden
karasal ölçeğe kadar değişebilen değişik sayıda uygulamalar için FEFLOW uygundur.
Birkaç örnek olarak:
–
–
–
–
–
–
–
–
Yeraltı Suyu Yönetimi
Jeotermel Enerji (Derin ve yüzeye yakın)
Maden Suyu Yönetimi
Jeoteknik uygulamar
Gözenekli ortam Sanayi tasarımı
Tuzlu su girişinin gözlemi
Kirlenme yayılımının incelenmesi
Birleştirilmiş yer altı suyu/yer yüzü suyu Simülasyonu
Member of
Consortium
V Simülasyon : FEFLOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
FEFLOW
Yer ısı değiştirici dizileri için yeni bir modelleme yöntemi
Çok sayıda ısı borularından oluşan büyük ısı değiştirici dizileri için, tamamen ayrık
modelleme pratik değildir. Aşırı geometrik yönlü oranlar, ısı borusu değiştiricilerin uygun 1D
sonlu elemanlar temsilleri tarafından modellenmiş olduğu yerde gelişmiş nümerik bir
stratejiye ihtiyaç duyarlar. Çoğunlukla Al-Khoury (2005, 2006) tarafından belirtilmiş
aşağıdaki fikirleri takiben bu yaklaşım FEFLOW içine dahil edilmiştir. Aşağıda sıralanan
maddeler göz önüne alınarak Al-Khoury’nin nümerik stratejisi değiştirilmiş ve FEFLOW’a
uygulanmıştır. (Diersch, 2008):
•
•
•
•
1D ısı borusu elemanlarını farklı özellikli olarak adlandırılan
elemanlara benzeyen FEFLOW sonlu elemanlar matrix
sisteminin içine entegre etmek.
Tek ve çift U-şekilli ayrıca koaksiyel ısı borusu değiştiricileri
için formüllerin genellemesi
Direk ve sıralı olmayan 1D ısı borusu elemanları ve
Gözenekli orta ayrıklaştırmanın birleştirilmesi.
FEFLOW sınır koşullarının çoklu kuyu durumlarına benzer
ısı boruları için genişletilmesi.
ilk sonuçlar tamamen ayrıklaştırılmış ısı boruları için yeterli
anlaşmayı gösterir. Ancak, öncelikle boyutsal azalma
nedeniyle kısa dönemdeki davranış, giriş sıcaklığında büyük
değişimler olması durumunda farklı olabilir.
Member of
Consortium
V Simülasyon: FEFLOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
FEFLOW
Tekli kuyu ısı değiştiricisi(BHE) yada serisi ısı transfer
modelinin
üst
bölümündeki
nodlara
konumlandırılabilir. Eğer böyle bir nod atanmışsa, Kuyu
ısı değiştiricisi ayar menüsü veri sayılarının belirtildiği
yerde görülebilir.
•
•
•
Toplam ısı girişi oranı
Üst ve alt boru konumları
Kuyu ısı değiştiricisine uygulanan sayısal method
–
•
Kuyu ısı değiştiricisi modelleri
–
•
•
Analitik (Eskilson ve Claesson) yada nümerik (Al-Khoury)
İkili U-shape, tekli U-shape and koaksiyal modeller
Dataset tanımlayıcısı
Dataset parametreleriyle alakalı olarak:
–
kuyu, boru, soğutucu, harç ve direnç
Member of
Consortium
V Simülasyon: FEFLOW
FEFLOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Modelleme
• İlk aşama:
–
Çalışma alanı belirlemek (supermesh)
•
–
Süperörgülerin bölünmesi
•
•
–
Farklı örgü arıtma alanları
Farklı materyal özelliklerinin alanları
Çizgi ve nokta eklentilerinin tanımlanması
•
•
–
Süperörgüler sonlu elemanlı örgülerin oluşturuması için bir çerveve
oluşturur. Örgü oluşturmak için gerekli olan tüm geometrik bilgiyi
içerir.
Supermesh nokta ve çizgi eklentileri
ile
Konumları belirlemek için (örn. BHE)
Doğrusal yapıları göstermek için
Kuyu ısı değiştiricisi için sanal yarıçap girmek
•
Tek bir noda uygulanan ısıdan çıkan, akış
simülasyonundaki yük değeri genellikle fiziksel
kuyu çapında olan yükü temsil etmez. Bunun
yerine,nodda gerçekten hesaplanan yük için
farklı çaplarda değer buldurulur buna sanal çap
denir.
Sanal çap
Member of
Consortium
V Simülasyon: FEFLOW
FEFLOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Modelleme
• İkinci aşama:
–
Örgü üretme prosesi
•
–
Oluşum genel olarak üretilen sonlu elemanların yaklaşık sayılarının girdilerine bağlıdır . Her süperörgü
poligonun istenilen örgü yoğunluğu ayrı ayrı düzenlenebilir.
Örgü oluşturma algoritmaları
•
Kompleks alanların üçlü veya dörtlü elemanlara ayrıştırılması için bir çok strateji vardır. Her birinin
kendine özel avantajları ve dezavantajları vardır, FEFLOW üçgenleme yapmak üzere üç değişik
algoritmayı destekler.
–
–
–
Gelişmiş ön
» Herhangi çizgi yada noktaları süperörgüde desteklemeyen basit örgü algoritmalarıdır.
Grid oluşturucu
» Süperörgüdeki çizgileri noktaları poligonları destekler. Ayrıca noktalarda çizgilerde ve süperörgü
poligon sınırlarında yerel örgü ayrıştırmalarını da destekler
Üçgen
» Çok hızlı,süperörgülerdeki oldukça kompleks nokta çizgi ve poligon kombinasyonlarını destekler, tüm
sonlu elemanlar için belirtilen bir minimum açı oluşturulmasına izin verir.
Member of
Consortium
V Simülasyon: FEFLOW
FEFLOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Modelleme
• Üçüncü aşama:
–
3D ayrıştırma
•
3 boyutlu modeller için, FEFLOW katman tabanlı bir yaklaşım uygular. 2 boyutlu örgüler uzatılarak,
üçgen örgü 3 boyutlu yapıya uzatılır. FEFLOW terminolojisinde, bir dilim, model alanın üstünde yada
altında yada iki dikey komşu katmanlar arasındaki arayüzdeyken tüm yatay birleşik 3 boyutlu elemanlar
bir katman oluştur. Bütün örgü nodları dilimler üzerinde konumlanır.
Member of
Consortium
V Simülasyon: FEFLOW
FEFLOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Modellem
• Dördüncü aşama:
–
Problem sınıfı
•
•
FEFLOW doymuş, ya da değişken doymuş medyada akış, kütle ve ısı taşıma süreçlerinin simülasyonu
sağlar
Doymuş / doymamış
–
•
Akış / Taşıma
–
•
Akış simülasyonu ile birlikte her zaman bir taşıma simülasyonu yapılır.
» Sadece akış
» Akış ve kütle
» Akış ve ısı
» Akış ve Termohalin
Denge durumu/ geçiş
–
•
Doymuş yeraltı suyu akışı, Darcy akış yasası ile birlikte süreklilik denklemi ile tanımlanır. Doygun
olmayan akış için, FEFLOW değişmeyen bir hava yani her yerde atmosferik basıncın olduğu durumunun
kabul edildiği Richard denklemiyle çözer.
Geçiş simülasyonları başlangıç durumundan kaynaklanır ve belirli bir süreyi kapsar. Buna karşılık, denge
durumu çözümü direk olarak da elde edilebilir ve sabit sınır koşullarına tabi olan sistemin durumunu ve
sonsuz uzun bir süre için malzeme özelliklerini gösterir.
Geçici ayarlar
–
Boşlukta ayrıştırmaya karşılık verir. Zaman içindeki bir ayrıklaştırma geçiş simülasyonları için belirtilmek
zorundadır. FEFLOW 3 değişik zaman kademelenmesini destekler:
» Sabit zaman kademeleri
» Değişen zaman kademeleri
» Otomatik zaman kademeleri kontrolü
Member of
Consortium
V Simülasyon: FEFLOW
FEFLOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Modelleme
• Beşinci aşama:
–
Girdi parametreleri
•
FEFLOW parametreleri dört gruba böler:
–
–
Proses değişkenleri
» Birincil değişkenleri içerir: hidrolik yük, konsantrasyon,
sıcaklık
Sınır koşulları
» Akış, kütle ve ısı transferlerinin eşdeğer sınır koşulu
türleri için dört çeşit sınır koşulları desteklenir:
•
•
•
•
–
Hidrolik yük
Sıvı -akış
Akışkan -transfer
Kuyu (nodal kaynak/ çukur)
Materyal özellikleri
» Materya özellikleri ,simülasyonu yapılmış taşıma ve akış
için gözenekli ortamın ilgili özelliklerini tanımlarlar.
Member of
Consortium
V Simülasyon: FEFLOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
FEFLOW
Modelleme
• Beşinci aşama:
–
Simülasyon
Sonuçların 3 boyutlu görünümü
Member of
Simulasyon esnasında sonuç penceresi
Consortium
V Simülasyon: FEFLOW
Örnek: FELOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
Genel bilgi:
–
–
–
•
Daha önceki OSTARA-şehri - Meerbusch-Osterath (Düsseldorf)
Alan kullanım planı, 10 hektarlık alan ile birlikte
225 yaşama birimi
Üç çeşit kaynak senaryosu
–
“tek”-kaynak
•
–
“Ada”-kaynak
•
–
Her binaya kendi ısı pompası atanır
Merkezi ısı istasyonu ile birikte 30 ila 40 oturma ünitesinin küçük birimleri
“Merkez” kaynak
•
“Tek”-kaynak
Bütün oturma alanı tek bir merkezi ısı istasyonundan beslenir.
“Merkez”-kaynak
“Ada”-kaynak
Member of
Consortium
V Simülasyon: FEFLOW
Örnek: FELOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
Modelleme
–
Geniş ölçekli model
•
Geniş alanın hidrolik özelliklerini
belirlemek için
•
Akitard çalışmasını açıklayan 3
boyutlu Model
Member of
Consortium
V Simülasyon: FEFLOW
Örnek: FELOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
Modelleme
–
Küçük ölçekli model
•
•
Simülasyon zamanını düşürmek için sonlu
elemanların azaltımı
Isı profilini tanımlamak için
Hidrolik özellikler
Isı profili
Yer altı suyu akış hızı
Member of
Consortium
V Simülasyon: FEFLOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
Örnek: FELOW
Simülasyon sonuçları
Değiştirici yoğunluklu alan(“Merkez” kaynak)
Değiştiricili geniş alan (“tek”-kaynak)
Akifer alanında Isı profili
Akifer alanında Isı profili
Yer altı suyunun hiç akışının olmadığı bir alanda ısı profili
Member of
Yer altı suyunun hiç akışının olmadığı bir alanda ısı profili
Consortium
V Simülasyon: FEFLOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
FEFLOW
•
Yer altı su akışının, kuyu ısı değiştiricisinin
jeotermal verimi üzerinde etkisi çok büyük
olabilir
•
Yer altı su akışının etkisi olmadan sıcaklık
profili
•
Yer altı su akışının etkisi olarak sıcaklık
profili
Member of
Consortium
V Simulation: FEFLOW
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Member of
Consortium

similar documents