بررسی عددی تأثیر پارامترهای مؤثر بر روی کارآیی کلکتور خورشیدی حجمی با استفاده از نانوسیال آب-اکسید مس

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

2 استادیار، دانشگاه خوارزمی، کرج

3 استادیار، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران

چکیده

کلکتورهای خورشیدی سیستم‌هایی هستند که با انتقال انرژی خورشیدی به سیال باعث افزایش دمای آن می‌شوند. استفاده از سیالات پایه معمولی از قبیل آب و اتیلن گلیکول به علت خواص حرارتی نسبتاً ضعیف، راندمان پایینی در این وسایل ایجاد می‌کند؛ لذا اخیراً دانشمندان به فکر استفاده از نانوسیال‌ها که دارای خواص حرارتی ویژه‌ای هستند، افتاده اند. در این مقاله اثر پارامترهای جدیدی مثل ضخامت شیشه، ضخامت عایق کف کلکتور و استفاده از کف جاذب به جای کف بازتابنده بر روی کارآیی کلکتور خورشیدی جذب مستقیم در سیال پایه و نانوسیال، مورد بررسی قرار می‌گیرد. از شبیه‌سازی عددی در این کار استفاده شده است. به منظور اعتبارسنجی، نتایج تجربی موجود در مقالات به کار گرفته شده است. نانوسیال در کسرهای حجمی 005/0% و 01/0 % مورد بررسی قرار می‌گیرد. با افزایش ضخامت شیشه، راندمان در کسرهای حجمی مختلف بین 22/3 تا 36/7 درصد کاهش می‌یابد. افزایش ضخامت عایق از 25 تا 100 میلیمتر به طور میانگین راندمان را بین 53/1 تا 95/2 درصد زیاد می‌کند. نهایتاً مشاهده می‌شود استفاده از کف جاذب به جای کف بازتابنده، تأثیر قابل توجهی بر روی راندمان به خصوص در کسرهای حجمی پایین دارد؛ به طوری که در سیال پایه افزایش راندمان معادل با 11/16% رخ می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Manikandan KS, Kumaresan G, Velraj R, Iniyan S (2012) Parametric study of solar parabolic trough collector system. Asian J Appl Sci Eng 5(6): 384-393.

[2]  Choudhury A, Nargund A (2011) State variable model of a solar power system. Trends Appl Sci Res 6(6): 563.

[3] Tyagi H, Phelan P, Prasher R (2009) Predicted efficiency of a lowtemperature nanofluid-based direct absorption solar collector. J Sol Energ-T ASME 131(4): 041004.

[4]  Otanicar TP, Phelan PE, Prasher RS, Rosengarten G, Taylor RA (2010) Nanofluid-based direct absorption solar collector. IJRSE 2(3): 033102.

[5]  Liu J, Ye Z, Zhang L, Fang X, Zhang Z (2015) A combined numerical and experimental study on graphene/ionic liquid nanofluid based direct absorption solar collector. Sol Energ Mat Sol C 136: 177-186.

[6]  Luo Z, Wang C, Wei W, Xiao G, Ni M (2014) Performance improvement of a nanofluid solar collector based on direct absorption collection (DAC) concepts. Int J Heat Mass Tran 75: 262-271.

[7]  Parvin S, Nasrin R, Alim M (2014) Heat transfer and entropy generation through nanofluid filled direct absorption solar collector. Int J Heat Mass Tran 71: 386-395.

[8]  Bandarra Filho EP, Mendoza OSH, Beicker CLL, Menezes A, Wen D (2014) Experimental investigation of a silver nanoparticle-based direct absorption solar thermal system. Energ Convers Manage 84: 261-267.

[9] Karami M, Akhavan-Bahabadi M, Delfani S, Raisee M (2015) Experimental investigation of CuO nanofluid-based Direct Absorption Solar Collector for residential applications. Renew Sust Energ Rev 52: 793-801.

[10] Karami M, Raisee M, Delfani S (2014) Numerical investigation of nanofluid-based solar collectors. IOP Conference Series Materials Science and Engineering 64(1): 012044.

[11] Gupta HK, Agrawal GD, Mathur J (2015) An experimental investigation of a low temperature Al2O3-H2O nanofluid based direct absorption solar collector. Sol Energy 118: 390- 396.

[12] Lenert A, Wang EN (2012) Optimization of nanofluid volumetric receivers for solar thermal energy conversion. Sol Energy 86(1): 253-265.

[13] Pak BC, Cho YI (1998) Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles. Exp Heat Transfer 11(2): 151-170.

[14] O'Hanley H, Buongiorno J, McKrell T, Hu LW (2012) Measurement and model validation of nanofluid specific heat capacity with differential scanning calorimetry. Adv Mech Eng 4: 181079.

[15] Oster G, Wasserman M, Zwerling C (1964) Theoretical interpretation of moiré patterns. JOSA  54(2): 169-175.

[16] Brinkman H (1952) The viscosity of concentrated suspensions and solutions. J Chem Phys 2(4): 571-571.

[17] Lee SH, Jang SP (2013) Extinction coefficient of aqueous nanofluids containing multi-walled carbon nanotubes.  Int J Heat Mass Tran 67: 930-935.

[18] Karami M, Akhavan-Behabadi M, Dehkordi MR, Delfani S (2016) Thermo-optical properties of copper oxide nanofluids for direct absorption of solar radiation. Sol Energ Mat Sol C 144: 136-142.