20227

۲۰۲۲۷

بررسي عددي تأثير استفاده از مواد تركيبي نانوسيال و ماده تغيير فاز دهنده در كلكتورهاي صفحه تخت خورشيدي

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۱۰/۱۲

دكتر غلامرضا شهرياري مقدم

دكتر مهدي مقيمي

مكانيك

چكيده كلكتورهاي خورشيدي صفحه تخت، رايج¬ترين فناوري تبديل انرژي خورشيدي، در مقياس خانگي هستند. در اين تحقيق، تاثير استفاده از آب، نانوسيال آب-اكسيد آلومينيم و مخلوط دوغابي ماده تغيير فاز دهنده(تركيب آب و ماده تغيير فاز دهنده ميكروكپسوله)، به عنوان سيال كاري، بر روي بازدهي و اختلاف دماي سيال ورودي و خروجي يك كلكتور خورشيدي صفحه تخت، مورد مطالعه عددي قرار مي¬گيرد. معادلات حاكم با استفاده از نرم¬افزار انسيس فلوئنت 2/16 گسسته سازي و حل مي¬شود. ابتدا نتايج حاصل از شبيه سازي سه بعدي با استفاده از آب، به عنوان سيال كاري، با يك كار آزمايشگاهي انجام شده روي همين كلكتور، اعتبار سنجي مي¬شود. در مرحله بعد، نانوسيال با دو نسبت حجمي 2% و 4% مورد مطالعه قرار مي¬گيرد. نتايج نشان مي¬دهد كه در كل، افزودن ذرات نانو در مقايسه با آب، باعث افزايش بازدهي كلكتور مي¬شود. همچنين نتايج حاكي از آن است كه، با افزايش غلظت نانوسيال اختلاف دماي سيال ورودي و خروجي افزايش پيدا مي¬كند به نحوي كه، نانوسيال 4% اختلاف دماي بالاتري را از خود نشان مي¬دهد و اين مقدار در بهترين حالت درمقايسه با آب C˚653/8 افزايش پيدا مي¬كند. همچنين نتايج نشان مي¬دهد كه براي بازدهي كلكتور غلظت بهينه وجود دارد به نحوي كه نانوسيال 2% با وجود اختلاف دماي ورود و خروج كمتر، بازدهي بالاتري دارد و اين مقدار در بهترين حالت در مقايسه با آب 5/4% افزايش نسبي پيدا مي¬كند. در گام بعدي مخلوط دوغابي ماده تغيير فاز دهنده با نسبت حجمي 5%، مورد مقايسه با نانوسيال 2% به عنوان پربازده ترين غلظت نانوسيال از بين دوغلظت مورد بررسي در اين پژوهش قرار مي¬گيرد. نتايج بيان مي¬كند كه مخلوط دوغابي ماده تغيير فاز دهنده 5%، داراي بازدهي تقريباً برابري با نانوسيال 2% است و علاوه بر آن مي¬تواند براي ساعات عدم حضور خورشيد، انرژي حرارتي را ذخيره كند. اين در حالي است كه نانوسيال 2% داراي اختلاف دماي بالاتري نسبت به مخلوط دوغابي است. در نهايت سيال تركيبي از نانوسيال 2% و مخلوط دوغابي ماده تغيير فاز دهنده 5% مطرح مي¬شود كه، نسبت به نانوسيال 2%، منفعت ذخيره سازي انرژي و نسبت به مخلوط دوغابي، منفعت ايجاد اختلاف دماي بالاتر را دارد. واژه‌هاي كليدي: كلكتور خورشيدي، نانوسيال، ماده تغيير فازدهنده ميكروكپسوله، مخلوط دوغابي ماده تغيير فازدهنده، خواص ترموفيزيكي

1397/12/21

Numerical investigation on the effect of using nanofluid and phase change material (PCM) combined, in solar flat plate collector

3/12/2019 12:00:00 AM

Abstract: Flat plate solar thermal collector is the most common technology for solar energy conversion at the building scale. In this study, the effects of pure water, Al2O3/water nanofluid and microencapsulated phase change slurry (a mixture of water and microencapsulated phase change material), as working fluids, on the efficiency and temperature difference of a flat-plate solar collector are numerically investigated. The governing equations are discretized and solved using the pressure-based finite volume method by the ANSYS Fluent 16.2 software. At first, the 3D numerical model is validated by comparing the simulation results of pure water as working fluid with an Experimental study on the same collector which has done by some other investigator. In the next step, nanofluid with 2% and 4% volumetric fractions is investigated. In genral, the results show that, in comparison with water as absorption medium using the nanofluids as working fluid increases the efficiency. Also, the tempreture difference of inlet and outlet nanofluid increases by increasing nanofluid's concenteration. In comparison with water, the tempreture difference of 4% nanofluid in best case, increases 8.653˚C. Also the results show that, there is an optimum concenteration for collector's efficiency. Despite it's lower tempreture difference, the 2% nanofluid has higher efficiency and in comparison with water, the increased efficiency is 4.5% in best case. In the next step, the 5% microencapsulated phase change slurry (mPCS) compares with 2% nanofluid as the best nanofluid in efficiency. The results show that, for Microencapsulated Phase Change Slurry 5%, the collector has approximately equal efficiency with nanofluid 2% and it can also save thermal energy for night time. However, nanofluid shows highest temperature difference. In the end, a combined of Microencapsulated Phase Change Slurry 5% and nanofluid 2% propose to have thermal energy saving advantage, compared to nanofluid 2% and higher temperature difference, compared to Microencapsulated Phase Change Slurry 5%. Keywords: Solar collector, Nanofluid, Microencapsulated Phase Change Material (mPCM), Microencapsulated Phase Change Slurry, Thermophysical properties (mPCS)