شماره ركورد
34452
پديد آورنده
اميرحسين عدالتپور
عنوان
مطالعه عددي و تجربي عملكرد كلكتور خورشيدي جذب مستقيم با صفحات ليزركاري شده و نانوسيال هيبريدي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك-تبديل انرژي
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1404/10/24
استاد راهنما
سيد مصطفي حسينعلي پور
استاد مشاور
مهدي مقيمي
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
با توجه به لزوم استفاده از انرژيهاي تجديدپذير در عصر جديد، انرژي خورشيدي بهعنوان يك منبع نامحدود و در دسترس، گزينه ايدهآلي است. براي بهرهبرداري از اين انرژي در مصارف آزمايشگاهي يا صنعتي، كلكتورهاي سهموي جذب مستقيم و جذب غير مستقيم كاربرد زيادي دارند. در اين پژوهش، با اعمال تغييراتي روي لوله جاذب و سيال جاذب حرارت، براي افزايش بازده كلكتور خورشيدي جذب مستقيم سهموي اقدام شد. براي اصلاح سطح از فرآيند ليزركاري پالسي فايبر بر روي سطح مسي استفاده شد. اين فرآيند از طريق مكانيزمهاي فوتوترمال سريع شامل ذوب و تبلور مجدد سطح، تشكيل ساختارهاي تناوبي ليزري و رشد لايههاي نازك اكسيد، باعث اصلاح مورفولوژي سطح و ايجاد خواص شبهفراسطحي گرديد. در نهايت با افزايش جذب طيفي و كاهش بازتاب، كارايي سطح مس بهعنوان جاذب خورشيدي ارتقا پيدا كرد. الگوهاي مختلفي شامل الگوي خط عمودي، دايرهاي و خط افقي بر روي سطح مسي پيادهسازي شدند تا در لولهي جاذب كلكتور مورد آزمايش قرار بگيرند. در بخش اصلاح سيال، نانوذرات سيليكن دياكسيد، آلومينيوم اكسيد، تيتانيوم دياكسيد و نانولوله كربني چندديواره مورد مطالعه قرار گرفتند و در نهايت، نانوسيال هيبريدي از ميان مؤثرترين اين نانوذرات در بهبود ويژگيهاي ترمواپتيكال سيال عامل انتخاب و تهيه شد. پارامترهاي اصلي مورد بررسي شامل بازده حرارتي، افت فشار و فاكتور عملكرد ميباشند. بيشترين بازدهي حرارتي براي آب، سطوح ليزركاري شده و نانوسيال هيبريدي به ترتيب برابر با 95/21، 99/38 و 68/49 درصد حاصل شده است. با توجه به افت فشار پايين نانوسيالات، حداقل فاكتور عملكرد براي آنها برابر با 3/1 حاصل گرديد درحاليكه حداكثر اين فاكتور براي سطوح ليزركاري شده برابر با 08/1 حاصل شد. اثر استفاده تركيبي از نانوسيال هيبريدي و سطح ليزركاري شده بهينه نيز مورد بررسي قرار گرفته است و بيشترين بازده حرارتي براي اين حالت برابر با 12/53 درصد حاصل گرديد. پارامترهاي ديگري شامل بازده اگزرژي، ميزان كاهش آلايندههاي زيست محيطي و هزينه سطحي توليد انرژي نيز براي حالتهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفتند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/07
عنوان به انگليسي
Numerical and Experimental Study of a Direct Absorption Solar Collector with Laser-Processed Surfaces and Hybrid Nanofluid
تاريخ بهره برداري
1/14/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اميرحسين عدالت پور
چكيده به لاتين
Given the growing necessity for utilizing renewable energies in the modern era, solar energy, as an unlimited and widely accessible source, represents an ideal option. For harnessing this energy in laboratory and industrial applications, direct absorption and indirect absorption parabolic collectors have been widely employed. In this research, modifications were made to both the absorber tube and the heat transfer fluid in order to enhance the performance of a direct-absorption parabolic solar collector. For surface modification, a pulsed fiber laser processing technique was applied to a copper surface. Through rapid photothermal processes such as surface melting and resolidification, the formation of laser-induced periodic surface structures, and the growth of thin oxide layers, the surface morphology was altered, resulting in quasi-metasurface properties. Consequently, by increasing spectral absorption and reducing reflectivity, the efficiency of the copper surface as a solar absorber was significantly improved. Different surface patterns, including vertical line, circular, and horizontal line patterns, were fabricated on the copper surface and tested inside the absorber tube of the collector. In terms of fluid modification, silicon dioxide, aluminum oxide, titanium dioxide, and multi-walled carbon nanotube nanoparticles were investigated. Ultimately, a hybrid nanofluid comprising the most effective nanoparticles in enhancing the thermo-optical properties of the base fluid was selected and prepared. The main performance parameters investigated include thermal efficiency, pressure drop, and performance factor. The highest thermal efficiencies for water, laser-processed surfaces, and the hybrid nanofluid were 21.95%, 38.99%, and 49.68%, respectively. Due to the relatively low pressure drop of the nanofluids, the minimum performance factor for them was 1.30, whereas the maximum value of this factor for laser-processed surfaces was obtained as 1.08. Moreover, the combined effect of the optimized laser-processed surface and the hybrid nanofluid was also examined, and the maximum thermal efficiency for this configuration reached 53.12%. In addition to the above metrics, other parameters such as exergy efficiency, environmental pollutant reduction, and the specific cost of energy production were evaluated for all cases.
كليدواژه هاي فارسي
كلكتور خورشيدي , انرژي خورشيدي , نانوسيال , نانوسيال هيبريد , كلكتور سهموي , كلكتور جذب مستقيم , ليزركاري
كليدواژه هاي لاتين
Solar collector , Solar energy , Nanofluid , Hybrid nanofluid , Parabolic collector , Direct absorption collector , Laser surface processing
Author
Amirhossein Edalatpour
SuperVisor
Seyed Mostafa Hosseinalipour