21761

21761

بررسي تجربي و عددي عملكرد كلكتور خورشيدي سهموي-خطي با لوله جاذب دوار و استفاده از نانوسيال

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

1396-1398

1398/11/20

دكتر مجيد سياوشي

دكتر روح اله احمدي

مكانيك

امروزه استفاده از سيستم¬هاي خورشيدي متمركز و به¬طور خاص كلكتورهاي سهموي-خطي به عنوان يكي از كارامدترين و بصرفه¬ترين روش¬هاي بهره¬برداري از انرژي خورشيدي، مورد توجه ويژه¬اي قرارگرفته¬اند. در مقابل مزيت¬هاي بسيار بالايي كه استفاده از اين سيستم¬ها به همراه دارند، مشكلات و معايبي نيز وجود دارند كه استفاده آن¬ها را محدود مي¬كنند. بازده حرارتي و دماي بسيار بالاي لوله جاذب مبادله¬گرهاي سهموي-خطي، كه موجب به¬وجود آمدن تنش¬هاي حرارتي بسيار بالا، تغيير شكل و شكستن پوشسش شيشه¬اي لوله جاذب مي¬شود، دو نمونه از مشكلات اساسي اين گونه سيستم¬ها مي¬باشند. در پايان¬نامه حاضر، به منظور افزايش بازده حرارتي و كنترل و كاهش دماي سطح مبادله¬گر¬هاي سهموي-خطي، استفاده از دو روش فعال و غيرفعال به صورت همزمان پيشنهاد شده است. به عنوان روش غيرفعال، از اثرات بهبود دهنده نانوذرات (ذرات اكسيد آلومينيوم) و به عنوان روش فعال، استفاده از نيروي مكانيكي (چرخش لوله جاذب) مورد بررسي و آزمايش قرارگرفته¬اند. بررسي¬هاي انجام شده در پايان¬نامه حاضر ابتدا به صورت عددي انجام شده و پس از انجام ارزيابي¬هاي كلي اثرات روش پيشنهاد شده، سيستم آزمايشگاهي براي انجام بررسي¬ها به صورت تجربي، طراحي و ساخته شده است. در بخش نتايج، اثرات پارامتر¬هايي همچون جنس و ابعاد لوله جاذب، دبي سيال، سرعت دوراني و كسرحجمي نانوذرات مورد مطالعه و بررسي قرارگرفته¬اند. با توجه به نتايج بدست آمده، اين نتيجه حاصل شده كه براي دستيابي به بازده حرارتي بالاتر نياز است تا دبي سيال متناسب با سرعت دوراني لوله جاذب انتخاب شود. درصورت انتخاب متناسب دبي با سرعت دوراني، مشاهده شد كه مي¬توان بازده حرارتي را به ميزان قابل توجه 15 الي 17.5% افزايش داد و همزمان حداكثر دماي سطح لوله جاذب را نيز به ميزان 12% كاهش داد.

1398/12/03

Numerical and Experimental Study of the Efficiency of a Parabolic Trough Solar Collector Using Nanofluid and Rotating Absorber Tube

2/8/2021 12:00:00 AM

Among concentrating solar power systems (CSP), parabolic trough solar collector (PTC) is one of the most mature and proven solar generation technology gained ground in the industry. PTCs’ thermal efficiency, as well as their high surface temperature, are the two key points being considered in the present study. Since in common PTCs the solar irradiation is concentrated at the lower section of the absorber tube, they experience extremely high surface temperatures resulting in high thermal tensions, stresses, and deflection which would both cause damage and increase the material costs. Also, the thermal performance augmentation of such devices is always of major importance to reach the highest possible efficiency. In the present work, an active and a passive enhancement method are proposed to be used simultaneously and are studied both numerically and experimentally to overcome these problems. It is investigated that by the proposed method, which is to use Al2O3-therminol based nanofluid and to rotate the absorber tube, not only it is possible to reduce and control the surface temperature but also higher thermal efficiencies are reachable. Different parameters such as heat transferring fluid flow rate, the rotational velocity of the absorber tube, material and geometry of the absorber tube, and nanoparticles’ volume fraction are investigated. Comprehensive results are reported in diagrams and contours and a meticulous comparison is performed through dimensionless parameters. Results confirmed that through this method, it is possible to reduce the temperature gradient between the bulk fluid and the absorber tube about 60% and to reduce the maximum surface temperature by about 12%. Also, it is investigated that the rotating absorber tube can enhance the thermal efficiency by the considerable amount of 17.5%.

كلكتور سهموي-خطي , لوله جاذب دوار , نانوسيال , حداكثر دماي سطح , بازده حرارتي

Parabolic trough solar collector , rotating absorber tube , nanofluid , maximum surface temperature , thermal efficiency