پایان نامه بررسی طراحی و شبیه سازی MAC اترنت 10Gbps

چکیده 

شبکه های انتقال داده ها به دو دسته تقسیم می شوند: 

– شبکه هایی که از اتصالات نقطه به نقطه استفاده می کنند. 

– شبکه هایی که از کانال های پخش استفاده می نمایند. 

شبکه های پخشی عموما به عنوان کانال های دستیابی چندگانه یا کانال های دستیابی تصادفی یاد می شوند. در شبکه های پخشی، چنانچه برای استفاده از کانال رقابت وجود داشته باشد، باید تعیین شود که کدام کاربر می تواند آن را در اختیار بگیرد و از آن برای فرستادن بسته مورد ارسال خود استفاده کند. وظیفه تهیه بسته های داده، ارسال بسته های داده و دریافت آنها توسط الگوریتم ها و مدیریت، کنترل و نظارت و جلوگیری و تشخیص تصادم در روش های نیم دوطرفه، بر عهده زیر لایه MAC از لایه پیوند داده ها در مدل OSI می باشد. این پروژه به تشریح وظایف و عملکرد این لایه در اترنت 10Gbps و طراحی و پیاده سازی برخی از مراحل و الگوریتم ها تا حد امکان پرداخته است. 

مقدمه 

فناوری اترنت در طی 25 سالی که از پیدایش آن می گذرد، به طور دائم قابلیت های خود را با نیازهای کاربران شبکه هماهنگ نموده است. این فناوری به یاری سادگی فوق العاده خود، هزینه بسیار پایینی را برای استفاده کنندگان در بردارد و در عین حال از سرعت و قابلیت بالایی نیز برخوردار می باشد. این عوامل دست به دست هم داده اند تا اترنت را به محبوب ترین فناوری شبکه در دنیا بدل نمایند، به طوری که می توان به جرات گفت تقریبا تمامی ترافیک جاری بر روی اینترنت از یک شبکه اترنت آغاز گردیده و به سمت یک شبکه اترنت دیگر در حال حرکت است. در حال حاضر، اترنت با دستیابی به سرعت های گیگابیتی، پا را از محدوده شبکه های محلی فراتر گذارده و به حوزه شبکه های شهری و گسترده وارد شده است. گام بعدی در این حرکت روبه جلو، اترنت ده گیگابیتی (10 Gigabit Ethernet) می باشد که راه را برای کاربردهای پر ترافیک و حساس شبکه های نسل آینده می گشاید. 

یکی از مهمترین بخش های پروتکل IEEE 802.3 ae، زیر لایه کنترل دستیابی به رسانه یا MAC می باشد. به طور کلی زیرلایه MAC که با زیر لایه LLC انجام وظایف لایه Data link مدل OSI را بر عهده دارد، دو وظیفه اساسی در ساختار OSI را ایفا می کند: 

1- کپسوله کردن دیتا و ارسال و دریافت آن

تشکیل فریم و همزمانی آن

اضافه کردن فیلدهای آدرس مقسد و مبدا به دیتا

تشخیص خطاهای انتقالی رسانه فیزیکی

2- مدیریت دستیابی به رسانه 

جلوگیری از برخوردها

بررسی و اداره برخوردها

زیر لایه کنترلی MAC نیز مابین زیرلایه LLC و MAC و برای کنترل ارتباط این دو زیر لایه قرار می گیرد. استانداردهای دسترسی به لایه فیزیکی در زیر لایه MAC به طور کلی از دو روش دسترسی Half duples و Full duplex تبعیت می کند که در اترنت 10 گیگابیت فقط از مدل ارتباطی Full duplex استفاده می شود. 

فصل اول: شبکه 

1-1) شبکه

دستیابی به اطلاعات با روش های مطمئن و با سرعت بالا یکی از رموز موفقیت هر سازمان و موسسه است. طی سالیان اخیر هزاران پرونده و کاغذ که حاوی اطلاعات باارزش برای یک سازمان بوده، در کامپیوتر ذخیره شده اند. با تغذیه دریائی از اطلاعات به کامپیوتر، امکان مدیریت الکترونیکی اطلاعات فراهم شده است. کاربران متفاوت در اقصی نقاط جهان قادر به اشتراک اطلاعات بوده و تصویری زیبا از همیاری و همکاری اطلاعاتی را به نمایش می گذارند. 

شبکه های کامپیوتری در این راستا و جهت نیل به اهداف فوق نقش بسیار مهمی را ایفاء می نمایند. اینترنت که عالی ترین تبلور یک شبکه کامپیوتری در سطح جهان است، امروزه در مقیاس بسیار گسترده ای استفاده شده و ارائه دهندگان اطلاعات، اطلاعات و یا فرآورده های اطلاعاتی خود را در قالب محصولات تولیدی و یا خدمت در اختیار استفاده کنندگان قرار می دهند. وب که عالی ترین سرویس خدماتی اینترنت می باشد کاربران را قادر می سازد که در اقصی نقاط دنیا اقدام به خرید، آموزش، مطالعه و… نمایند. 

با استفاده از شبکه، یک کامپیوتر قادر به ارسال و دریافت اطلاعات از کامپیوتر دیگر است. اینترنت نمونه ای عینی از یک شبکه کامپیوتری است. در این شبکه میلیون ها کامپیوتر در اقصی نقاط جهان به یکدیگر متصل شده اند. اینترنت شبکه ای است مشتمل بر زنجیره ای از شبکه های کوچکتر است. نقش شبکه های کوچک برای ایجاد تصویری با نام اینترنت بسیار حائز اهمست است. تصویری که هر کاربر با نگاه کردن به آن گمشده خود را در آن پیدا خواهد کرد. در این بخش به بررسی شبکه های کامپیوتری و جایگاه مهم آنان در زمینه تکنولوژی اطلاعات و مدیریت الکترونیکی اطلاعات خواهیم داشت.

پایان نامه طراحی و شبیه سازی پردازنده سیستولیکی برای جداسازی و شناسایی رشته پالسهای متداخل

چکیده 

حل محاسبات مربوط به معادلات اختلاف زمان ورود پالس های متداخل رادار یکی از مهمترین الگوریتم های شناسایی پالس های رادار می باشد که در طراحی این سیستم ها عوامل مهمی از جمله سرعت مد نظر است و در سیستم های پردازش موازی از پردازنده ها و حافظه های مربوط به آن برای هدف خاصی مورد استفاده قرار می گیرد که آرایه سیستولیک (تپنده) یک حالت ویژه ای از پردازش موازی است و برای اهداف خاصی مورد طراحی و پردازش قرار می گیرد. لذا با حل معادلات مربوط به ماتریس اختلاف زمان ورودی پالس های متداخل رادار و انجام عملیات ماتریسی می توان نوع پالس را تشخیص داد که این عملیات شامل تجزیه ماتریس اختلاف زمان ورود به بالا و پایین مثلثی و سپس به دست آوردن ماتریس معکوس اختلاف زمان ورود پالس ها می باشد. و با شناخت عناصر قطر اصلی ماتریس معکوس اختلاف زمان ورود پالس ها می توان نوع پالس را تشخیص داد و با پیاده سازی ماتریس معکوس اختلاف زمان ورود پالس ها با آرایه تپنده دارای کارایی و دقت بیشتری خواهیم بود که در این پروژه مورد طراحی و بررسی قرار می گیرد. که در این پروژه الگوریتم قسمت های مختلف مورد نیاز مسئله طراحی شد. و فلوچارت های مربوطه تهیه گردید و سپس با نرم افزار مطلب شبیه سازی شده است که در پیوست آورده شده است. همچنین با یک مثال از محیط راداری در محیط مطلب، نوع پالس مورد ارزیابی قرار گرفته است. 

مقدمه 

برای شناسایی پالس های متداخل رادار با استفاده از ماتریس معکوس اختلاف زمان ورود پالس ها و اجرا با پردازنده سیستولیک در این پروژه، آرایه تپنده و کلیات مربوط به آن در بخش اول مورد بحث قرار می گیرد که در این بخش دلیل استفاده از سیستم های پردازش موازی، خصوصیات آرایه تپنده و الگوریتم مربوط به آن و چند مثال از طراحی آرایه تپنده مورد بررسی قرار می گیرد. که در این بخش بیشتر به مفاهیم و کلیات آرایه تپنده پرداخته شده است. در بخش دوم پردازش موازی که شامل دو قسمت مهم در نوع ارتباط پردازنده ها و حافظه ها است به طور کامل بحث می شود که این بخش دارای پنج فصل است که شامل مقدمه ای بر معماری پردازش موازی، خطوط ارتباطی شبکه های چند پردازنده، آنالیز کارآیی معماری چند پردازنده، معماری به اشتراک گذاشتن حافظه و معماری ارسال پیام می باشد. و در این بخش اساس سیستم های پردازش موازی مورد بحث و تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. چون که آرایه تپنده یک حالت خاص از سیستم پردازش موازی می باشد. بخش سوم شامل دو فصل می باشد، که در فصل اول مربوط به آن کلیات مربوط به طراحی پردازنده تپنده بر دو روش طراحی براساس پارامتر و وابستگی نگاشت الگوریتم ها بر روی آرایه تپنده شرح داده می شود. و در فصل دوم آن که قسمت مهم طراحی پروژه می باشد الگوریتم شناسایی پالس های متداخل بیان می گردند و سپس فلوچارت ها با توجه به الگوریتم برنامه رسم می گردند. و با توجه به الگوریتم ها، گراف وابستگی طراحی می گردند و در نتیجه پردازنده آرایه برای شناسایی پالس های متداخل شبیه سازی می شود. 

بخش اول: کلیات 

فصل اول: مقدمه ای بر آرایه تپنده 

ظهور و پیدایش نیازهای محاسباتی عملیاتی و کاربردی سریع کنترلی موجب گردید تعداد زیادی از پروژه طراحی و ساخت سیستم های پردازش موازی از سال 1980 آغاز گردد. تحول پیدا شده در سال های اخیر موجب گردید تا امکان بهینه از سیستم های پردازش موازی از چند پردازشگر به چند صد پردازشگر برسد. و زبان های برنامه نویسی موازی همراه با سیستم عامل بهتر و کاراتر به وجود آید توسعه و گسترش شبکه های ارتباط و اتصال واحدهای عملیاتی قدم مهم دیگری بود که در این راه برداشته شد. و محدودیت های اتصال واحدهای عملیاتی و I/O را از میان برداشت عامل مهم این توسعه و تکامل را می توان در توسعه و تکامل تکنولوژی مدار مجتمع در مقیاس خیلی بزرگ جستجو کرد. سیستم های طراحی شده پردازش موازی در اواخر نسل سوم و اوایل نسل چهارم اکثرا از واحدهای پردازشگر بزرگ و عظیم در تعداد چندتایی استفاده می کردند و بر این اساس فوق العاده گران و اختصاصی بودند. توسعه تکنولوژی نیمه هادی و پیدایش روش های پیشرفته بسته بندی ترانزیستورها، گیت ها و کاهش اندازه واحدهای بنیادی بر روی ویفرها طراحان مدارات و سیستم های الکترونیکی را قادر به مدارات بسیار ریز کرده است.

سمینار برق کنترل کننده پیش بین خطی بر پایه مدل MPC



چکیده: 

در این تحقیق کنترل کننده پیش بین بر پایه مدل Model Based Predictive Control به منظور کنترل سیستم های خطی مورد بررسی قرار گرفته است.Model Based Predictive Control از دسته روش های کنترل پیشرفته ای می باشد که امروزه به طور گسترده در صنایع فرایند مورد استفاده قرار گرفته است. اگرچه این روش تقریبا برای هر نوع مساله ای مناسب می باشد، اما توانایی این روش در برخورد با مسائل زیر آشکارتر می گردد: مسائلی که در آن تعداد ورودی های کنترل و حالت های سیستم زیاد است. مسائلی که در آن ورودی های کنترل و حالت های سیستم دارای قیودی هستند. مسائلی که در آن اهداف کنترل تغییر پیدا می کند و یا تجهیزات کنترل مانند سنسورها و محرک ها بنابه دلایلی از بین می روند. مسائلی که در آن با سیستم های تاخیردار مواجه ایم.اساس این روش بر حل یک مساله کنترل بهینه در هر فاصله نمونه برداری استوار است. بدین شکل که ابتدا با استفاده از یک مدل پیش بینی، خروجیهای آینده را برای یک افق محدود پیش بینی می کند و با استفاده از کمینه سازی یک تابع معیار، ورودی های آینده را بر روی افق پیش بینی بدست می آورد و تنها عنصر اول از این سری را به عنوان ورودی به سیستم اعمال می کند. 

مقدمه: 

دو روش توسعه یافته برای محاسبه قانون فیدبک حالت غیر خطی برای سیستم های خطی که دارای قیود حالت و کنترل می باشند عبارتند از: روش کنترل پیش بین و روش برنامه ریزی پویا 

در این تحقیق به بررسی روش کنترل پیش بین می پردازیم.MPC یا کنترل پیش بین مدل پایه روشی است برای کنترل سیستم های در حضور قید.MPC یا روش کنترل افق کاهنده امروزه بصورت روشی استاندارد در حل مسائل کنترل چند متغیره در حضور قیود پیچیده در آمده است. این روش ابتدا با استفاده از یک مدل از سیستم رفتار آینده آن را پیش بینی کرده  و سپس یک شاخص عملکرد مربعی را بر پایه پیش بینی انجام شده کمینه می نماید. اگر بخواهیم موقعیت یا حرکت یک اتومبیل را کنترل کنیم MPC با نگاه کردن به جاده از شیشه جلوی اتومبیل معادل است در حالیکه کنترل کلاسیک تنها اجازه نگاه کردن به شیشه عقب اتومبیل را می دهد و درواقع فرامین کنترلی براساس خطاهای گذشته صادر می گردد. مزیت های استفاده از کنترل پیش بین: در زیر مزایای استفاده از MPC و دلایل موفقیت آن در صنعت به طور خلاصه عنوان شده است. 

MPC در مسائله کنترل سیستم ها چند متغیره قابل بکارگیری است.

MPC اجازه کار در نزدیکی قیود را می دهد یعنی کنرلرهای بر پایه MPC را می توان نزدیک به مرزهای قیود برای ایجاد عملکرد بهتر نسبت به سایر روش های قدیمی بکار برد.

MPC در سیستم های غیر مینیمم فاز و پروسه های ناپایدار قابل بکارگیری است.

MPC روشی ساده را برای محاسبه پارامترها ارائه می دهد.

MPC در تغییرات ساختاری سیستم قابل بکارگیری می باشد.

اصول کلی حاکم بر کنترل پیش بین: 

همانطور که قبلاً ذکر شد کلیه روش های کنترل پیش بین دارای اجزای مشترکی بشکل زیر می باشند:

مدل پیش بینی برای پیش بینی خروجیهای آینده سیستم

تابع معیار که با مینیمم سازی آن روی افق محدود، ورودی های کنترل بهینه آینده را می توان محاسبه کرد.

پایان نامه کنترل بهینه فیدبک حالت نوعی از آونگ وارون برپایه الگوریتم پرندگان و مقایسه ی آن با روشهای بهینه سازی دیگر

چکیده: 

در این پایان نامه، با در نظر گرفتن چند معیار مهم در طراحی کنترل کننده ها، از قبیل محل قرارگیری قطب های حلقه بسته و سرعت پاسخ دهی و بیشینه نیروی کنترلی و ادغام آن ها در قالب یک تابع هدف، مسأله پیدا کردن ماتریس های وزنی برای کنترل کننده LQR، به صورت یک مسأله بهینه سازی فرمول بندی شده است. سپس با استفاده از الگوریتم ژنتیک و بهینه سازی ازدحام ذرات یا PSO، الگوریتم تکامل تفاضلی، الگوریتم رقابت استعماری مقادیر بهینه ماتریس های وزنی محاسبه شده اند. روش مذکور بر روی سیستم پاندول معکوس دورانی اعمال شده است. نتایج شبیه سازی برتری چشم گیر روش بهینه سازی ازدحام ذرات را بر سایر الگوریتم های بهینه سازی بیان می دارد. 

مقدمه: 

کنترل بهینه شامل مجموعه ای از روش ها و ابزارهای ریاضی است که برای طراحی کنترل کننده های سیستم های دینامیکی مورد استفاده قرار می گیرند و در این روش ها، معیاری برای بهینگی در نظر گرفته می شود، و در طراحی کنترل کننده مورد نظر، این معیار بهینه می شود. غالبا معیار بهینگی در ارتباط با عواملی همچون عملکرد، میزان مصرف انرژی کنترلی، زمان پاسخگویی، و چگونگی حالت نهایی تعریف می شود. به عنوان مثال، طراحی کنترل کننده ای که بتواند در کمترین زمان ممکن حالت یک سیستم دینامیکی را به یک حالت مطلوب برساند، مسأله ای است که می تواند در قالب یک مسأله کنترل بهینه تعریف شود. 

تنظیم کننده درجه دوخطی یا LQR، رویکردی است که در طراحی کنترل کننده خطی برای سیستم های خطی، به وفور مورد استفاده قرار می گیرد. کنترل کننده LQR دارای قوام مناسبی است و دارای حداقل حد بهره 6- دسیبل، حداکثر حد بهره نامحدود، و حد فاز 60 درجه است. گزینه های تنظیمی مربوط به کنترل کننده LQR شامل ماتریس های وزنی موجود در تعریف معیار بهینگی است که تعیین این ماتریس ها بسته به سلیقه طراح است. مقادیر این ماتریس ها به طور مستقیم بر روی کنترل کننده بهینه به دست آمده در روش LQR تاثیر دارند. بر روی چگونگی تاثیر مقادیر ماتریس های وزنی بر کیفیت کنترل کننده LQR به دست آمده، بحث های فراوانی انجام شده است که غالبا با نام اختصاصی ساختار ویژه در حوزه کنترل بهینه مطرح شده است. 

در کنار الگوریتم ها و روش های کلاسیک که برای حل مسأله وزن دهی بهینه و تعیین ساختار ویژه کنترل کننده LQR ارائه شده اند، الگوریتم های بهینه سازی هوشمند و روش های محاسبات نرم نیز به مرور در حل این مسأله، مورد استفاده قرار گرفته اند. به عنوان مثال، الگوریتم ژنتیک، ترکیب الگوریتم ژنتیک و شبیه سازی تبرید، و الگوریتم مورچه ها برای حل مسأله تخصیص ساختار ویژه مورد استفاده قرار گرفته اند. 

فصل اول 

کلیات 

1-1- هدف و اهمیت مسأله 

در طراحی بسیاری از سیستم ها و حل بسیاری از مسایل نیاز داریم که از بین مجموعه وسیعی از جواب های ممکن یک جواب را به عنوان پاسخ بهینه انتخاب نماییم. اما به علت وسعت زیاد مجموعه جواب ها عملاً نمی توان تمام پاسخ ها را آزمود و باید این آزمایش را به صورت تصادفی انجام داد. از طرف دیگر این روند تصادفی باید به گونه ای انجام شود که به سمت بهترین جواب همگرا گردد. تئوری کنترل بهینه کوادرتیک خطی به این علت که به راحتی قابل پیاده سازی در مسائل مهندسی است و مبنای سایر تئوری های کنترلی می باشد، دارای اهمیت ویژه است. با این وجود در مورد خاصی که تابع هزینه یک تابع کوادرتیک خطی است، پاسخ بهینه به پاسخ رگولاتور کوادرتیک خطی همگرا می شود. روش LQR به طور گسترده در زمینه های مانند کنترل موتورهای القایی، کنترل میلنگ خودرو و غیره کاربرد دارد. سیستم مورد بررسی در این پروژه، نوعی از آونگ وارون می باشد. 

آونگ وارون به طور وسیع به عنوان یک برنامه کنترلی جهت ارزیابی تئوری های کنترل مورد استفاده قرار می گیرد و یکی از سیستم های کلاسیک در دینامیک و کنترل است که به واسطه خواصی از قبیل غیرخطی بودن و ناپایداری ذاتی به عنوان یکی از مشکل ترین مسایل در مهندسی کنترل شناخته شده و به صورت وسیعی به عنوان یک محک برای تست الگوریتم های کنترل متفاوت مانند کنترل کننده های کلاسیک PID، شبکه های عصبی، کنترل کننده های فازی و… به کار می رود. از این سیستم شکل های مختلفی وجود دارد که از بین آنها می توان به ارابه، آونگ و آونگ های چرخشی افقط و عمودی اشاره کرد. هریک از اشکال مختلف آونگ وارون می تواند به صورت آونگ تکی و یا چندگانه وجود داشته باشد. این سیستم به عنوان یکی از سیستم های پایه آزمایشگاه های کنترل شناخته می شود. 

در این پروژه به طراحی کنترلر LQR برای سیستم مورد نظر می پردازیم و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات ماتریس های وزنی مناسب به منظور طراحی کنترلر LQR مطلوب انتخاب می نماییم. و آن را با دیگر روش های بهینه سازی معمول مقایسه می نماییم. مسئله اساسی اینست که بهترین ماتریس های وزنی را چنان تعیین کنیم که وضعیت مطلوب سیستم کنترلی را در کمترین زمان ممکن برآورده سازند. در این پروژه استفاده از روش الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات برای تعیین ماتریس های وزنی پیشنهاد می شود و نشان خواهیم داد که نتایج به دست آمده نیازهای سیستم کنترلی و مشخصات مطلوب سیستم را برآورده می سازند و برتری های روش مذکور را بر الگوریتم های بهینه سازی دیگر بررسی خواهیم کرد.

مقاله بررسی انرژی خورشیدی در 28 صفحه ورد قابل ویرایش

آبگرمکن خورشیدی

مقدمه:

سیستم های حرارتی خورشیدی نقش مهمی در انرژی خورشیدی دارد، استفاده از دستگاه های خورشیدی سابقه طولانی دارد، گفته شده است ارشمیدس تقریباً در سال 214 قبل از میلاد از آینه مقعر برای داغ کردن آب استفاده کرده است. سیستم های حرارتی امروزی نیز کم هزینه ترین کاربرد انرژی خورشیدی را دارد.

حرارت خورشید استفاده از حرارت انرژی خورشید را توجیح می کند. بنابراین تعداد متفاوتی از دستگاه های فنی وجود دارد که اضافه بر گرم کردن فضا، داغ کردن آب یا فرآیندهای صنعتی سیستم های انرژی خورشیدی را می توان برای سرمایش یا تولید برق با کارخانه های تولید برق خورشیدی مورد استفاده قرار داد. قسمت های عملیاتی اصلی عبارتند از:

• گرم کردن استخر شنای خورشیدی
• آبگرمکن های خانگی خورشیدی
• حرارت کم خورشید برای گرم کردن فضای داخل ساختمان ها
• پردازش حرارتی خورشیدی
• تولید برق خورشیدی

چون این حیطه های عملیاتی خیلی دور از دسترس هستند، این بخش فقط جنبه های مهم آبگرمکن های خانگی خورشیدی و استخرهای خورشیدی را با سیستم های دارای صفحات خورشیدی بسته و باز مورد بحث قرار می دهیم. بخش های زیر به کاربرد بعضی کمیت های ترمودینامیک در توضیح اصول نیاز دارد. جدول 1-3 مهمترین پارامترها، علائم آنها و واحدهایشان را نشان می دهد.

جدول 1-3: کمیت های ترمودینامیک را برای محاسبات حرارتی نشان می دهد.

انرژی به شکل حرارت Q با جریان گرماQ^o مرتبط می باشد.

1-3                                         

هر تغییر درجه حرارت  نیز باعث تغییر حرارت  می شود تغییر در حرارت را می توان با ظرفیت خاص c و جرم m ماده تحت تأثیر قرار گرفته محاسبه کرد.

2-3                                                  

ممکن است بعضی ابهامات رخ دهد که به استفاده از معیارهای متفاوت دما مرتبط باشد، مقیاس فارنهایت معمولاً برای کار عملی استفاده نمی شود. ولی همزیستی درجه حرارت  در مقیاس سلسیوس و درجه حرارت مطلقT به کلوین مسئله سازی می باشد. تبدیل سلسیوس به کلوین از فرمول زیر استفاده می شود.

3-3                               

فرمول تبدیل فارنهایت به سلسیوس و کلوین را می توان در ضمیمه دید. مقدار عددی تفاوت درجه حرارت  به درجه سلسیوس  مانند تفاوت دما در کلوین (k) می باشد. برای تعادل صحیح واحدها تفاوت دما در فرمول بالا برای تغییر حرارت باید به کلوین باشد. همین مورد به معادلاتی مربوط می شود که در بخش بعد ارائه خواهند شد. ولی چون مقیاس سلسیوس نسبت به کلوین رایج تر است، مقیاس سلسیوس برای اکثر تفاوت های درجه حرارتی ومعادلات این بخش مورد استفاده قرار داده می شود. جریان حرارتQ^o که باعث تغییر حرارت با ظرفیت حرارتی ثابتc می شود به صورت زیر است:

4-3                               

برای ظرفیت حرارت مواد متفاوت به جدول 2-3 مراجعه شود.

شکل 1-3 ساخت لایه های n با حیطه سطحی را نشان می دهد. از یک طرف درجه حرارت  و از طرف دیگر   وجود دارد. گردیان دما، جریان دما از طریق لایه ها با فرمول زیر را به دست می آورد.

5-3                                         

این جریان دما Q^oباعث می شود دما در سمت دارای درجه حرارت کمتر افزایش یابد و در سمت دیگر کاهش داشته باشد تا اینکه هر دو طرف از همان دما برخوردار شوند. اگر میزان دما یک طرف بیشتر از طرف دیگر باشد تغییردرجه حرارت در سمتی که از دمای بالاتری برخوردار است را می توان نادیده گرفت. برای مثال میزان دمای محیط اطراف یک ساختمان خیلی بالاتر از داخل ساختمان است. جریان گرما از طریق دیوارهای ساختمان درجه حرارت هوای خارج را تغییر نمی دهد و این مصداق دارد خواه درجه حرارت محیط نسبت به درجه حرارت ساختمان کمتر باشد یا بیشتر باشد.

جدول 2-3: ظرفیت گرمایی (c) برای بعضی مواد در  را نشان می دهد.

نام

شکل 1-3 انتقال حرارت از طریق لایه هایn با همان حیطه سطحی A

شکل

ضریب همبستگی انتقال حرارت به صورت فرمول زیر است:

6-3                               

که می توان با ضریب همبستگی سطح انتقال حرارت a₂,a₁ هر دو طرف، رسانایی حرارتی  و ضخامت لایه S_I، تمام لایه های n محاسبه کرد. جدول 3-3 رسانایی حرارتی  مواد متعدد را نشان می دهد.

سیستم های حرارتی خورشیدی برای آبگرمکن

گرمکن خورشیدی استخر شنا

این بخش ابتدا گرمکن استخر شنا را مورد بحث قرار می دهد، به این دلیل نیست که استخرهای شنای آب گرم مزایای اکولوژیکی ندارد- آنها همیشه نیاز زیادی در ارتباط با آب پاکیزه و انرژی دارد. ولی تقاضا برای دمای پایین برای گرم کردن استخر باعث می‌شود که از سیستم های انرژی خورشیدی ساده و اقتصادی استفاده شود که در این بخش کاربرد گسترده ای دارد.

        ·محفظه کلکتور

        ·جذب کننده (سلول خورشیدی)

جذب کننده در داخل محفظه کلکتور صفحه ای مسطح قرار دارد. این جذب کننده نور خورشید را به حرارت تبدیل می سازد و آن را به آب موجود در لوله هایی انتقال مید هد که از درون سیستم عبور می کنند.

محفظه کلکتوردر قسمت پشت آن و اطراف آن کاملاً عایق بندی می شود تا اتلاف حرارتی به حداقل ممکن برسد. ولی هنوز بعضی اتلاف های حرراتی کلکتوری که عمدتاً به تفاوت درجه حرارت بین جذب کننده و هوای محیط بستگی دارد. این اتلاف‌های حرارتی به انتقال گرما (همرفت) و اتلاف های پرتویی مربوط می شود. جابجایی هوا باعث اتلاف های انتقال گرمایی (همرفتی) می شود.

قاب شیشه ای روی کلکتورها را می پوشاند و باعث جلوگیری از اکثر اتلاف های حرارتی ناشی از انتقال گارما می شود. اضافه بر این آن منتشر شدن حرارت از جذب کننده به محیط را به همین روش مانند وضعیت گلخانه ای کاهش می دهد. ولی شیشه نیز قسمت کمی از نور خورشید را منعکس می سازد.

که نمی تواند به جذب کننده (سلول خورشیدی) برسد. شکل 6-3 و 7-3 مکانیزم و جریان انرژی در کلکتورهای صفحه ای مسطح را نشان می دهد.

پوشش شیشه ای جلویی قسمت اندکی از نیروی تابش خورشید همانطور که در شکل 8-3 نشان داده شده است منعکس و جذب می کند اکثر پرتو خورشیدی از شیشه عبور می کند.

انعکاس P، جذبa، مقدار عبورT را می توان در این فرایندها توضیح داد. جمع این مقدار باید همیشه مساوی با 1 باشد.

(7-3)                                       P+P+T=1

نیروهای تابشی هماهنگ به صورت فرمول ذیل می باشد.

8-3                      

شکل 6-3 فرایند در کلکتور صفحه ای مسطح را نشان می دهد.

جذب پرتوهای خورشیدی باعث بالارفتن حرارت قاب شیشه ای می شود. اگر شیشه دارای تعادل حرارتی برخوردار باشد، آن باید پرتو جدا شده را ساطع نماید. پس برق ناشی از پرتو ساطع شده  مساوی با برق پرتو جذب شده  می باشد در غیر اینصورت شیشه به طور نامحدودی گرم می شود. بنابراین شدت انتشار  با میزان جذب a برابر است:

(9-3)                              a=E

از یک طرف پوشش جلویی باید در اکثر پرتوهای خورشیدی قابل نفوذ باشد. از طرف دیگر آن همینطور باید پرتو حرراتی جذب کنند (سلول خورشید) را در عقب نگه دارد و اتلاف های انتقال حررات به محیط را کاهش دهد. اکثر کلکتورها از شیشه تک لایه ساخته شده و از شیشه خورشیدی به طور حرارتی با آهن کم عمل آوری شده استفاده می کنند. این شیشه دارای شدت انتشار بالا (t-1) است و مقاومت خوبی در مقابل تأثیرات محیطی دارد.

پوشش های جلویی ساخته شد و از شیشه نسبت به نمونه های ساخته شده از پلاستیک برتری دارند و به این دلیل است که طول عمر پلاستیک به خاطر مقاومت کمتر در مقابل تابش ماوراء بنفش و تأثیرات آب و هوایی کمتر است.

لعاب دادن دوگانه می تواند باعث کاهش اتلاف های حرارتی شود همین طور قدرت پرتو تابشی خورشید را کاهش می دهد و هزینه ها را افزایش می دهد.

شکل 7-3 تبدیل انرژی در کلکتور خورشیدی و اتلاف های حرارتی را نشان می دهد.

1

استفاده از مواد خالص برای پوشش دهی جلویی می تواند کارآیی کلکتور را افزایش دهد.