• شماره ركورد
    34060
  • پديد آورنده

    ايمان شهداد

  • عنوان
    تحليل تجربي و عددي بهبود فرايند جذب انرژي در كلكتورهاي خورشيدي سهموي
  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك- تبديل انرژي
  • سال تحصيل
    1398
  • تاريخ دفاع
    1404/08/11
  • استاد راهنما
    مهدي مقيمي- مهدي نويدبخش
  • استاد مشاور
    0
  • دانشكده
    مكانيك
  • چكيده
    كلكتورهاي خورشيدي سهموي خطي از كارآمدترين فناوري‌هاي متمركزكننده انرژي خورشيد به شمار مي‌روند. ارتقاي عملكرد اين سامانه‌ها از طريق استفاده از نانوسيالات، اصلاح هندسي اجزا و به‌كارگيري مواد متخلخل، محور بسياري از پژوهش‌هاي اخير بوده است. در اين رساله، به‌منظور افزايش بازده حرارتي، سه رويكرد مكمل شامل آزمايش‌هاي تجربي جذب مستقيم با فوم‌هاي مسي متخلخل، استفاده از نانوسيالات منفرد و هيبريدي، و شبيه‌سازي عددي جذب غيرمستقيم همراه با تحليل اگزرژي–اقتصادي به‌كار گرفته شد. در بخش تجربي، چهار ضخامت فوم مسي (25، 50، 75 و 100 درصد از شعاع داخلي لوله) و دو فوم گرادياني با تغييرات شعاعي چگالي تخلخل در حالت‌هاي تمام‌متخلخل و نيمه‌متخلخل بررسي گرديد. بيشترين بهبود راندمان حرارتي، معادل 143/9 درصد، براي فوم تمام‌متخلخل 100 درصد حاصل شد كه راندماني برابر با 51/3 درصد در شرايط دماي ورودي 20 درجه سلسيوس و دبي 120 ليتر بر ساعت ايجاد نمود. بهينه‌ترين پيكربندي، فوم مسي 25 درصد با شاخص عملكرد 1/42 بود. همچنين فوم گرادياني با راندمان 50/3 درصد و افت فشار كمتر نسبت به فوم 100 درصد، شاخص ارزيابي عملكرد بهتري ارائه كرد. در بخش دوم، نانوسيالات دي‌اكسيد تيتانيوم، نانولوله كربن چندجداره و هيبريدي در غلظت‌هاي 0/01، 0/03 و 0/05 درصد سنتز و از نظر پايداري، جذب نوري و هدايت حرارتي بررسي شدند. نتايج نشان داد جذب نوري سهم غالب (78/73 درصد) در افزايش راندمان دارد. نانوسيال هيبريدي با راندمان 49/68 درصد و شاخص عملكرد تا 2/5، امكان كاهش ابعاد كلكتور تا 55/8 درصد و هزينه هم‌سطح انرژي تا 55/09 درصد را فراهم نمود. در بخش عددي جذب غيرمستقيم، گيرنده‌اي نوآورانه با حلقه متخلخل گرادياني و نانوسيال هيبريدي در نرم‌افزار اپن‌فوم شبيه‌سازي شد. نتايج نشان داد حلقه متخلخل موجب سه برابر شدن عدد ناسلت و افزايش راندمان حرارتي و اگزرژي به ترتيب تا 17/3 و 18/5 درصد گرديد. تحليل اگزرژي–اقتصادي نيز افزايش سود خالص تا 30/3 درصد و كاهش هزينه كل به‌ازاي واحد بار حرارتي تا 7/39 درصد را نشان داد.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/08/17
  • عنوان به انگليسي
    Experimental an‎d Numerical Analysis of Energy Absorption Enhancement in Parabolic Trough Solar Collectors
  • تاريخ بهره برداري
    11/2/2025 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    ايمان شهداد

  • چكيده به لاتين
    Parabolic trough solar collectors are among the most efficient technologies for concentrating solar energy. Improving the performance of these systems through the use of nanofluids, geometric modification of components, an‎d the application of porous materials has been the focus of many recent studies. In this dissertation, three complementary approaches were employed to enhance thermal efficiency, including experimental direct absorption using porous copper foams, the application of mono an‎d hybrid nanofluids, an‎d numerical indirect absorption simulation combined with exergoeconomic analysis. In the experimental part, four copper foam thicknesses (25%, 50%, 75%, an‎d 100% of the inner tube radius) an‎d two gradient foams with radially varying porosity in full-porous an‎d semi-porous configurations were examined. The highest thermal efficiency enhancement, 143.9%, was obtained for the fully porous 100% configuration, achieving an efficiency of 51.35% at an inlet temperature of 20 °C an‎d a flow rate of 120 liters per hour. The optimal configuration was the 25% copper foam with a performance eva‎luation criterion of 1.42. The gradient foam also exhibited a thermal efficiency of 50.3% an‎d a lower pressure dro‎p compared with the 100% foam, resulting in better overall performance. In the second part, titanium dioxide, multi-walled carbon nanotube, an‎d hybrid nanofluids with concentrations of 0.01%, 0.03%, an‎d 0.05% were synthesized an‎d eva‎luated in terms of stability, optical absorption, an‎d thermal conductivity. The results showed that optical absorption had the dominant contribution of 78.73% in improving efficiency. The hybrid nanofluid achieved a thermal efficiency of 49.68% an‎d a performance eva‎luation criterion up to 2.5, enabling a reduction in collector size by 55.8% an‎d in the levelized cost of energy by 55.09%. In the numerical indirect absorption analysis, an innovative receiver with a gradient porous ring an‎d hybrid nanofluid was simulated using OpenFOAM. The results indicated that the porous ring tripled the Nusselt number an‎d increased the thermal an‎d exergy efficiencies by up to 17.3% an‎d 18.5%, respectively. The exergoeconomic analysis also showed an increase in net profit by up to 30.3% an‎d a decrease in total cost per unit heat load by 7.39%.
  • كليدواژه هاي فارسي
    كلكتور سهموي خطي , فوم مسي , گراديان تخلخل , نانوسيال هيبريدي , راندمان حرارتي , اگزرژي‌-اقتصادي
  • كليدواژه هاي لاتين
    Parabolic Trough Collector , Porous Foam , Porosity Gradient , Hybrid Nanofluid , Thermal Efficiency , Exergoeconomic
  • Author
    Iman Shahdad
  • SuperVisor
    Mahdi Moghimi, Mahdi Navidbakhsh