22233

بهبود انتقال حرارت در مبادله¬گر حرارتي PVT با استفاده از فوم فلزي متخلخل به منظور بهبود بازدهي حرارتي و الكتريكي

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

1396

1398/12/20

دكتر مجيد سياوشي - دكتر غلامرضا شهرياري مقدم

مكانيك

انتقال حرارت به عنوان يك پديده مهم فيزيكي، داراي كاربردهاي فراواني در صنايع و تجهيزات مختلف همچون سيستم هاي خورشيدي است. از جمله سيستم هاي خورشيدي كه اخيرا پيرامون آن ها پژوهش-هاي مختلفي انجام شده است، مي توان به سيستم هاي فتوولتائيك- حرارتي اشاره نمود. در اين سيستم ها با عبور جريان سيال از داخل كانال، ضمن خنك سازي سلول ها به جهت افزايش بازدهي الكتريكي آن ها، بازدهي حرارتي نيز ايجاد مي گردد كه ناشي از افزايش دماي سيال داخل كانال است. بنابراين نياز به استفاده از روش هاي متنوع به جهت بهبود انتقال حرارت و افزايش خنك سازي براي افزايش بازدهي، به وجود مي آيد. از جمله روش هاي خنك سازي مي توان به استفاده از محيط متخلخل و به طور خاص تر فوم-هاي فلزي متخلخل در كانال اشاره نمود. در اين پژوهش از فوم متخلخل آلومينيومي به منظور افزايش انتقال حرارت و افزايش بازدهي كلي سيستم كه شامل بازدهي هاي الكتريكي و حرارتي مي باشد، استفاده شده است. تأثيرات ضخامت هاي مختلف اين فوم ها، سرعت جريان سيال در داخل كانال و شارهاي مختلف دريافتي از خورشيد بر پارامترهايي همچون دماي سلول ها، دماي سيال خروجي، بازدهي هاي الكتريكي، حرارتي و كلي سيستم، افت فشار و پروفيل هاي سرعت از جمله موارد بررسي شده در اين پژوهش مي-باشند. با توجه به نتايج به دست آمده، افزايش ضخامت فوم فلزي باعث كاهش دماي سلول ها و افزايش بازدهي الكتريكي آن ها مي شود. اما در مقابل افت فشار نيز افزايش مي¬يابد. همچنين افزايش ضخامت تا مقدار Rp=0.5 سبب افزايش دماي سيال خروجي و به تبع آن افزايش بازدهي حرارتي مي¬شود؛ اين در حالي است كه افزايش بيشتر ضخامت محيط متخلخل تا Rp=1 نتيجه عكس بر دماي سيال خروجي و بازدهي حرارتي دارد. در بهترين حالت با استفاده از فوم فلزي مي¬توان به بازدهي كلي برابر با 90 درصد دست يافت. همچنين بسته به ميزان فوم فلزي استفاده شده در كانال، افزايش تابش خورشيد سبب كاهش 0.5 الي 2 درصدي بازدهي الكتريكي سلول ها مي گردد كه 2 درصد مربوط به زماني است كه از فوم فلزي استفاده نشده است.

1399/03/13

Heat transfer enhancement in a PVT heat exchanger to improve the thermal and electrical efficiencies using the porous metal foam

3/10/2021 12:00:00 AM

Heat transfer as an important physical phenomenon has widely application in different industries and devices such as solar systems. Recently, different researches has been done on solar systems. One one the newest solar devices that researchers focused on that is the photo voltaic thermal systems. In this system, by passing the fluid flow over the channel, the photovoltaic cells temperature reduces that it causes to improving the electrical efficiency of them. Furtheremore because of the temperature difference between the inlet and the outlet temperature of the fluid flow, the PVT system has a thermal efficiency. So because of that, this kind of solar systems needs to using some methods to improve the heat transfer rate and increasing the electrical and thermal efficiencies of them. For this purposr, in this research, using the metal foam implemented. The effect of different thicknesses of the metal foams, velocity of the flow and solar heat fluxes on the cells temperature, outlet temperature of the flow, electrical, thermal and overall efficiencies, pressure drop and velocity profiles has been investigated in this research. Results indicate that increasing the porous media thickness causes to decrease the cells themperature and increase their electrical efficiency. In return of that, the pressure drop increases too that is not desirable. Also increasing the thickness of the metal foam up to Rp=0.5, causes to increasing the outlet temperature and thermal efficiency. In the optimum case, by using the metal foam, can achieve to 90% overall efficieny. It can be ssen that increasing of the solar heat flux, causes to decrease of 0.5-2% of the electrical efficiency of the cells.