V Simülasyon İçindekiler Giriş Simülasyon aracı YET Sayısal modelleme

... konulu sunumlar: "V Simülasyon İçindekiler Giriş Simülasyon aracı YET Sayısal modelleme"— Sunum transkripti:

1 V Simülasyon İçindekiler Giriş Simülasyon aracı YET Sayısal modelleme
Simülasyon aracı FeFlow

2 İçerik organizyonu / görevlerin atanması

3 Content organisation / assignment of tasks
TBGE planlama TBE planlama Content organisation / assignment of tasks

4 Content organisation / assignment of tasks
TBGE planlama TBE planlama Content organisation / assignment of tasks

5 Yer altı su kuyusu sistemlerinin boyutlandırılması
II Dimensioning – yeraltı su kuyusu sistemleri 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.

6 Yer Isı Eşanjörlerinin Boyutlandırılması
Calculation of partial thermal yields / geological layer C 6

7 Beton kısımlara dokunan yeryüzünün boyutlandırılması
II Dimensioning – beton kısımlara dokunan yeryüzü 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

8 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.

9 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

10 Neden simülasyon? Dikkate alınacak programlar şöyledir:
V Simulation: Introduction 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

11 Yeryüzü Enerji Tasarlayıcısı
V Simülasyon: YET Yeryüzü Enerji Tasarlayıcısı YET 3.16 (Yeryüzü Enerji Tasarlayıcısı) BLOCON tarafından yayınlanmıştır BLOCON SWEDEN  Nordmannavägen 96 SE Lund, İsveç  Anasayfa: 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.

12 YET Yer özellikleri Termal iletkenlik [W/mK] Hacimsel ısı kapasitesi
V Simülasyon: YET YET Yer özellikleri Termal iletkenlik [W/mK] Örn: kumtaşı 2.3 (önerilen) Örn: Kuru kum 0.4 (önerilen) Hacimsel ısı kapasitesi Yer yüzü sıcaklığı 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.

13 YET Kuyu ve Isı değiştirici Çeşit Konfigürasyon Derinlik Boşluk Çap
V Simülasyon: YET YET Kuyu ve Isı değiştirici Çeşit Koaksiyal (yaygın) Tek -U (yaygın) Çift -U (en yaygın) Üçlü -U (olağandışı) Konfigürasyon Tek Çizgi L-konfigürasyon U-konfigürasyon Açık dikdörtgen Dikdörtgen Derinlik Boşluk Çap İletim direnci boru/dolgu Kötü dolumdan dolayı ek direnç Dolum ısıl iletkenliği Geliştirilmiş dolum maddesi (ʎ > 2,0 W/mK) Hacim akış oranı

14 YET Kuyu ve ısı değiştirici
V Simülasyon: YET YET 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!

15 YET Kuyu termal direnci Isı taşıyan akışkanlar Değerleri hesaplamak
V Simülasyon: YET YET 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)

16 YET Temel yük Çift girişli yöntemler Evsel sıcak su
V Simülasyon: YET YET 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.

17 YET Temel yük MPF: Mevsimsel Performans Faktörü Seçenek “direk”
V Simülasyon: YET YET 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.

18 YET Tepe yükleme Güç Süreç Simülasyon periodu
V Simüasyon: YET 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

19 YET Ortalama akışkan sıcaklığının hesaplanması “çözüm”
V Simülasyon: YET YET 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

20 YET Çıkan YET Tasarım datasının gözden geçirilmesi
V Simülasyon: YET YET 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

21 YET Çıkan YET Akışkan sıcaklıklarını çizmek
V Simülasyon: YET 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 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. Simülasyonun son yılı Simülayon sürecinin bütünü

22 Örnek YET “Eksantrik ev” jeotermal kaynağı
V Simülasyon: YET Örnek YET “Eksantrik ev” jeotermal kaynağı 5000 m² toplam zemin alanıyla ofis binası 15 kat 89 m toplam yükseklik Öngerilmeli beton levha Ön cam

23 Örnek YET Çift kaynaklı ısıtma ve soğutma sistemleri Isıtma sistemi
V Simülasyon: YET Örnek YET Çift kaynaklı ısıtma ve soğutma sistemleri Isıtma sistemi Temel yük: jeotermal enerji Beton çekirdek aktivasyonu Tepe yük: bölge ısıtma Radyatör Havalandırma sistemi Soğutma sistemi Tepe yük : soğutucu Toplam ısıtma ve soğutma talebi Jeotermal ve geleneksel kaynak

24 Örnek YET Çift kaynaklı işletim
V Simülasyon : YET 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

25 V Simülasyon : YET Örnek : YET 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.

26 Örnek: YET Prosedür En kötü durum Optimazyonu yapılmış
V Simülasyon: YET 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)

27 Örnek: YET Duyarlılık analizi (en kötü durumda) Sadece ısı kaynağı
V Simülasyon: YET 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

28 Örnek : YET Kombine edilmiş ısıtma ve soğutma kaynağı
V Simülasyon : YET 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)

29 Örnek: YET Tercih edilen alternatif
V Simülasyon: YET Örnek: YET 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 Simülasyonun son yılı

30 Analitik Rezervuar Modelleme Açık Kuyu Akışı
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.

31 Analitik Rezervuar Modelleme Açık Kuyu Akışı 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

32 Nümerik modelleme Nature Physical Model Mathematical Model
V Simulation: Numerical Modelling Nümerik modelleme Nature Physical Model Mathematical Model Numerical Model Calibration Verification

33 Nümerik modelleme Doğa Fiziksel model Doğrulama Matematiksel Model
V Simülasyon : Nümerik modelleme Nümerik modelleme Doğa Fiziksel model Matematiksel Model Nümerik Model Kalibrasyon Doğrulama

34 Fiziksel model Araştırmaların Görev Kapsamı
V Simülasyon: Nümerik modelleme Fiziksel model Araştırmaların Görev Kapsamı Amaç Amacın Kapsamı Maliyetler Verien Toplanması ve Değerlendirimesi Topografya Jeoloji Hidroloji 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

35 Numerik Modelleme Doğa Fiziksel Model Matematiksel Model Nümerik Model
Kalibrasyon Doğrulama

36 V Simülasyon: Nümerik Modelleme
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

37 Nümerik Modelleme Doğa Fiziksel Model Matematiksel Model Nümerik Model
V Simülasyon: Nümerik modelleme Nümerik Modelleme Doğa Fiziksel Model Matematiksel Model Nümerik Model Kalibrasyon Doğrulama

38 V Simülasyon: 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 programda Sonlu Elemanlar Yöntemine dayanır. delta-h, D-Witten

39 Sonlu Elemanlar Yöntemi
V Simülasyon: Nümerik Modelleme 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.

40 Başlangıç ​​ve Sınır Koşulları
V Simülasyon: Nümerik modelleme Başlangıç ​​ve Sınır Koşulları 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 Sıcaklık bilinir Hidrolik yük bilinir (örn. Geniş su kütleleri) Neumann durumu = ikinci tip sınır durumu 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)

41 Nümerik modelleme Doğa Fiziksel Model Matematiksel Model Nümerik Model
V Simülasyon: Nümerik modelleme Nümerik modelleme Doğa Fiziksel Model Matematiksel Model Nümerik Model Kalibrasyon Doğrulama

42 Kalibrasyon Modellemedeki bir sonraki aşama Modelin kalibrasyonudur.
V Simülasyon: Nümerik modelleme 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 yükler Siyah halkalar: ölçülen farklılıklar. SPRING, delta-h, D-Witten:

43 Nümerik modelleme Doğa Fiziksel Model Matematiksel Model Nümerik Model
V Simülasyon: Nümerik modelleme Nümerik modelleme Doğa Fiziksel Model Matematiksel Model Nümerik Model Kalibrasyon Doğrulama

44 V Simülasyon : Nümerik modelleme
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) …

45 V Simülasyon: FEFLOW FEFLOW FEFLOW 6 DHI-WASY GmbH Waltersdorfer Straße Berlin-Bohnsdorf Anasayfa : 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

46 FEFLOW Yer ısı değiştirici dizileri için yeni bir modelleme yöntemi
V Simülasyon : FEFLOW 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.

47 V Simülasyon: FEFLOW 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 Analitik (Eskilson ve Claesson) yada nümerik (Al-Khoury) Kuyu ısı değiştiricisi modelleri İkili U-shape, tekli U-shape and koaksiyal modeller Dataset tanımlayıcısı Dataset parametreleriyle alakalı olarak: kuyu, boru, soğutucu, harç ve direnç

48 FEFLOW Modelleme İlk aşama: Çalışma alanı belirlemek (supermesh)
V Simülasyon: FEFLOW FEFLOW Modelleme İlk aşama: Çalışma alanı belirlemek (supermesh) Süperörgüler sonlu elemanlı örgülerin oluşturuması için bir çerveve oluşturur. Örgü oluşturmak için gerekli olan tüm geometrik bilgiyi içerir. Süperörgülerin bölünmesi Farklı örgü arıtma alanları Farklı materyal özelliklerinin alanları Çizgi ve nokta eklentilerinin tanımlanması Konumları belirlemek için (örn. BHE) Doğrusal yapıları göstermek için Supermesh nokta ve çizgi eklentileri ile 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

49 FEFLOW Modelleme İkinci aşama: Örgü üretme prosesi
V Simülasyon: FEFLOW FEFLOW 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.

50 FEFLOW Modelleme Üçüncü aşama: 3D ayrıştırma V Simülasyon: FEFLOW
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.

51 FEFLOW Modellem Dördüncü aşama: Problem sınıfı V Simülasyon: FEFLOW
FEFLOW doymuş, ya da değişken doymuş medyada akış, kütle ve ısı taşıma süreçlerinin simülasyonu sağlar Doymuş / doymamış 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. 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 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

52 FEFLOW Modelleme Beşinci aşama: Girdi parametreleri
V Simülasyon: FEFLOW FEFLOW 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.

53 FEFLOW Modelleme Beşinci aşama: Sonuçların 3 boyutlu görünümü
V Simülasyon: FEFLOW FEFLOW Modelleme Beşinci aşama: Simülasyon Sonuçların 3 boyutlu görünümü Simulasyon esnasında sonuç penceresi

54 Örnek: FELOW Üç çeşit kaynak senaryosu Genel bilgi:
V Simülasyon: FEFLOW Örnek: FELOW 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 Her binaya kendi ısı pompası atanır “Ada”-kaynak Merkezi ısı istasyonu ile birikte 30 ila 40 oturma ünitesinin küçük birimleri “Merkez” kaynak Bütün oturma alanı tek bir merkezi ısı istasyonundan beslenir. “Tek”-kaynak “Merkez”-kaynak “Ada”-kaynak

55 Örnek: FELOW Modelleme Geniş ölçekli model V Simülasyon: FEFLOW
Geniş alanın hidrolik özelliklerini belirlemek için Akitard çalışmasını açıklayan 3 boyutlu Model

56 Örnek: FELOW Modelleme Küçük ölçekli model V Simülasyon: FEFLOW
Simülasyon zamanını düşürmek için sonlu elemanların azaltımı Isı profilini tanımlamak için Hidrolik özellikler Isı profili Yer altı suyu akış hızı

57 Örnek: FELOW Simülasyon sonuçları
V Simülasyon: FEFLOW 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 Yer altı suyunun hiç akışının olmadığı bir alanda ısı profili

58 V Simülasyon: FEFLOW 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

59 V Simulation: FEFLOW