اثر نانوسیال‌های مختلف با خواص تابع دما بر راندمان گرمایی دریافت کننده خورشیدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

دریافت کننده‌های حفره‌ای معمول‌ترین هندسه ها  در متمرکزکننده‌های دیش خورشیدی به منظور دستیابی به عملکرد گرمایی بالا هستند. در پژوهش حاضر، به منظور طراحی بهینه دریافت کننده خورشیدی، جهت افزایش دمای سیال خروجی، متغیرهای قطر و گام نوع خاصی از دریافت کننده، سرعت و نوع سیال و رژیم جریان بررسی شده است.  مناسبترین ابعاد دریافت کننده و رینولدز جریان، به ازای پارامترهایی است که منجر به بالاترین دمای خروجی سیال گردد. در این بررسی یک متمرکز کننده کروی با دریافت کننده حفره ای کروی در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می‌دهد که مناسبترین قطر لوله دریافت کننده و گام مربوط به آن به ترتیب 5 میلیمتر و 17 حلقه است. بیشترین دمای سیال خروجی در رینولدز 200 و رژیم جریان لایه ای بدست می‌آید. در این بررسی همچنین دمای سیال خروجی با سیال کار روغن و نانوسیال روغن با نانو ذره در روزهای مختلف سال با یکدیگر مقایسه شده است. از روغن ترمینول با خواص تابع دما استفاده شده است. نانوذرات مس، اکسید مس و آلومینا در درصد های حجمی صفر تا 5 درصد به روغن اضافه و دمای خروجی نانو سیال محاسبه شده است. نتایج این مقایسه نشان می‌دهد که با افزودن نانوذره به روغن، دمای سیال خروجی افزایش خواهد یافت. مناسبترین نانوذره، مس با غلظت 5 درصد است که باعث افزایش 118 کلوین دمای سیال خروجی می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Meinel A. B., Meinel M. P., Applied solar energy an introduction. NASA STI/Recon Technical Report, Vol. 77, 1977.
  • Balhas Shad., Roozbeh., Marjan Ghasemi., Selecting the best location for solar panels using spatial information system and decision making methods (AHP-TOPSIS). Second International Eco Energy Conference. Persian, 2019.
  • Kalogirou S. A., Solar energy engineering. processes and systems, Academic Press, 2013.
  • Wang W., Malmquist A., Laumert B., Comparison of potential control strategies for an impinging receiver based dish-Brayton system when the solar irradiation exceeds its design value. Energy Convers Manage 169, pp. 1–12, 2018.
  • Snidvongs S., The structure and foundation design for small solar thermal dish stirling 10 kW power plant for Thailand softland and poor isolation nature. In International Solar Energy Conference, Thailand, 2005.
  • Madadi V., Tavakoli T., Rahimi A., First and second thermodynamic law analyses applied to a solar dish collector., Journal of Non-Equilibrium Thermodynamics, Vol. 39, No. 4, pp. 183-197, 2019.
  • Bellos E., Bousi E., Tzivanidis C., Pavlovic S. Optical and thermal analysis of different cavity receiver designs for solar dish concentrators. Energy Conversion and Management: X, 2, 100013.,2019
  • Loni R., Asli-Areh E. A. Ghobadian, B. Kasaeian A. B. Gorjian, S. Najafi, G.Bellos E., Research and review study of solar dish concentrators with different nanofluids and different shapes of cavity receiver, Experimental tests. Renewable Energy, Vol. 145, pp. 783-804,2020.
  • Kopalakrishnaswami A. S. Natarajan S. K. Comparative study of modified conical cavity receiver with other receivers for solar paraboloidal dish collector system. Environmental Science and Pollution Research, 29(5), pp. 7548-7558,2020.
  • Mahian O., Kianifar A., Kalogirou S. A., Pop I., Wongwises S., A review of the applications of nanofluids in solar energy. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 57, No. 2 ,pp. 582-594, 2013.
  • Tyagi H., Phelan P., Prasher R., Predicted efficiency of a low-temperature nanofluid – based direct absorption solar collector., Solar Energy Eng. Vol. 131, 2009.
  • Otanicar T. P., Phelan P. E., Prasher R. S., Rosengarten G., Taylor R. A., Nanofluidbased direct absorption solar collector, Renew Sustain Energy 2 ,
  • Taylor R. A., Phelan P. E., Otanicar T. P., Walker C. A., Nguyen M., Trimble S., Prasher R., Applicability of nanofluids in high flux solar collectors, Sustain Energy 3 , 2011.
  • Li Y., Xie H., Yu W., Li J., Investigation on heat transfer performances of nanofluids in solar collector, Mater Sci Forum , Vol. 694 , pp. 33–36, 2011.
  • Lee B. J., Park K., Walsh T., Xu L., Radiative heat transfer analysis in plasmonic nanofluids for direct solar thermal absorption, Sol Energy Eng,; Vol. 134, No. 2, 2012.
  • Taylor R. A., Phelan P. E., Otanicar T. P., Adrian R., Prasher R.P., Nanofluid optical property characterization: towards efficient direct absorption solar collectors, Nanoscale Lett. Vol. 6, 2011.
  • Ghalandari M., Maleki A., Haghighi A., Shadloo M. S., Nazari M. A., Tlili I., Applications of nanofluids containing carbon nanotubes in solar energy systems: A review. Journal of Molecular Liquids, Vol. 313, 2020.
  • Khetib Y., Alzaed A., Tahmasebi A., Sharifpur M.,  Cheraghian G. Influence of using innovative turbulators on the exergy and energy efficacy of flat plate solar collector with DWCNTs-TiO2/water nanofluid. Sustainable Energy Technologies and Assessments, Vol. 51, pp. 101-106, 2022.
  • Goudarzi K., Shojaeizadeh E., Nejati F., An experimental investigation on the simultaneous effect of CuO–H2O nanofluid and receiver helical pipe on the thermal efficiency of a cylindrical solar collector, Therm. Eng. Vol. 73, pp. 1236–1243, 2014.
  • Ghasemi S. E., Mehdizadeh Ahangar G.R., Numerical analysis of performance of solar parabolic trough collector with Cu-water nanofluid, Int. Nano Dimens Vol. 5, pp. 233–240, 2014.
  • مروج م. و ابراهیم پور ف. و ابراهیمی ز.، بررسی تجربی عملکرد خشک‌کن خورشیدی سبزیجات با گرمادهی غیرمستقیم نانوسیال، مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز ، د. 52، ش. 4، ص 255-262،
  • Hamzat A. K., Omisanya M. I., Sahin A. Z., Oyetunji O. R., Olaitan N. A. Application of nanofluid in solar energy harvesting devices: A comprehensive review. Energy Conversion and Management, Vol. 266, pp. 115-120, 2022.
  • Azimy N., Saffarian M. R., Noghrehabadi A. Thermal performance analysis of a flat-plate solar heater with zigzag-shaped pipe using fly ash-Cu hybrid nanofluid: CFD approach. Environmental Science and Pollution Research, pp. 1-19, 2022.
  • Esfandeh S., Esfe M. H., Kamyab M. H. Applications of nanofluids in solar energy collectors focusing on solar stills. In Advances in Nanofluid Heat Transfer, Elsevier,  pp. 341-373 , 2022.
  • ابرازه ش. و شیخ الاسلامی کندلوسی م.، بررسی عددی عملکرد گرمایی گردآورنده خورشیدی سهموی با بکار گیری نانوسیال و مغشوش کننده، مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 52، ش. 1، ص 238-246،
  • Benoit H., Spreafico L., Gauthier D., Flamant G. Review of heat transfer fluids in tube-receivers used in concentrating solar thermal systems: Properties and heat transfer coefficients. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 55, pp. 298-315, 2016.
  • Aminossadati S. M., Ghasemi B. Natural convection cooling of a localised heat source at the bottom of a nanofluid-filled enclosure. European Journal of Mechanics-B/Fluids, Vol. 28, No. 5, pp. 630-640, 2009.
  • Maxwell J. C., A Treatise on Electricity and Magnetism, Oxford University Press, 2, pp. 54-60, 1873.
  • Koo J., & Kleinstreuer C. A new thermal conductivity model for nanofluids. Journal of Nanoparticle research, Vol. 6, No. 6, pp. 577-588, 2004.
  • Koo J., Kleinstreuer C., Laminar nanofluid flow in microheat-sinks. International journal of heat and mass transfer, Vol. 48, No. 13, pp. 2652-2661, 2005.
  • Loni R. A., Asli-Ardeh E. A., Ghobadian B., Kasaeian A. B., Gorjian S., Thermodynamic analysis of a solar dish receiver using different nanofluids. Energy, Vol. 133, pp. 749-760, 2017.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار