تحلیل ترمودینامیکی یک اجاق خورشیدی با لوله‌ تحت خلأ تحت شرایط عملکردی مختلف

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 پژوهشگر، گروه طراحی ماشین‌آلات صنایع غذایی، مؤسسه پژوهشی علوم و صنایع غذایی، مشهد، ایران

2 استادیار، گروه طراحی ماشین‌آلات صنایع غذایی، مؤسسه پژوهشی علوم و صنایع غذایی، مشهد، ایران

چکیده

در این مطالعه، عملکرد یک اجاق خورشیدی با لوله تحت خلأ همراه با یک مخزن فولادی از دو دیدگاه انرژی و اگزرژی بررسی شده است. برای این منظور، اجاق خورشیدی ابتدا در حالت بی‌باری آزمایش شده است. همچنین، اجاق خورشیدی برای به جوش آوردن آب به ازای شدت تابش خورشیدی 700 و 900 وات بر مترمربع مورد استفاده قرار گرفته است. پارامترهای بررسی شده در این پژوهش دمای سیال، دمای سطح بیرونی لوله تحت خلأ، نرخ انرژی حرارتی دریافتی توسط آب، نرخ تغییر اگزرژی آب و بازده انرژی و اگزرژی اجاق خورشیدی است. نتایج نشان می‌دهد که در حالت بی‌باری، دمای هوای داخل مخزن فولادی و دمای سطح بیرونی لوله تحت خلأ پس از گذشت 1 ساعت به ترتیب حدود 214/2 و 15/5 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد. همچنین، مدت زمان لازم برای به جوش آوردن 800 گرم آب در شدت تابش خورشیدی 900 وات بر مترمربع برابر 1 ساعت و 25 دقیقه است. با توجه به نتایج، میانگین بازده انرژی و اگزرژی اجاق خورشیدی با لوله تحت خلأ در آزمایش مربوط به شدت تابش خورشیدی 900 وات بر مترمربع به ترتیب 16/16 و 1/57 درصد است. افزایش شدت تابش خورشیدی از 700 به 900 وات بر مترمربع بازده اگزرژی اجاق خورشیدی را حدود 0/78 درصد زیاد می‌کند.

کلیدواژه‌ها


[1] Anilkumar BC, Maniyeri R, Anish S (2020) Design, fabrication and performance assessment of a solar cooker with optimum composition of heat storage materials. Environ Sci Pollut Res 1-9.
[2] Chaudhary R, Yadav A (2020) Experimental investigation of solar cooking system based on evacuated tube solar collector for the preparation of concentrated sugarcane juice used in jaggery making. Environ Dev Sustain 1-17.
[3] Saxena A, Cuce E, Tiwari GN, Kumar A (2020) Design and thermal performance investigation of a box cooker with flexible solar collector tubes: An experimental research. Energy 206: 118144.
[4] Ebersviller SM, Jetter JJ (2020) Evaluation of performance of household solar cookers. Sol Energy 208: 166-172.
[5] Kajumba PK, Okello D, Nyeinga K, Nydal OJ (2020) Experimental investigation of a cooking unit integrated with thermal energy storage system. J Energy Storage 32: 101949.
[6] Nazari S, Karami A, Bahiraei M, Olfati M, Goodarzi M, Khorasanizadeh H (2020) A novel technique based on artificial intelligence for modeling the required temperature of a solar bread cooker equipped with concentrator through experimental data. Food Bioprod Process 123: 437-449.
[7] Juanicó LE (2018) Modified vacuum tubes for overheating limitation of solar collectors: A dynamical modeling approach. Sol Energy 171: 804-810.
[8] Arunachala UC, Kundapur A (2020) Cost-effective solar cookers: A global review. Sol Energy 207: 903-916.
[9] Hosseinzadeh M, Sadeghirad R, Zamani H, Kianifar A, Mirzababaee SM, Faezian A (2021) Experimental study of a nanofluid-based indirect solar cooker: Energy and exergy analyses. Sol Energy Mater Sol Cells 221: 110879.
[10] Sharma SD, Iwata T, Kitano H, Sagara K (2005) Thermal performance of a solar cooker based on an evacuated tube solar collector with a PCM storage unit. Sol Energy 78(3): 416-426.
[11] Farooqui SZ (2015) Impact of load variation on the energy and exergy efficiencies of a single vacuum tube based solar cooker. Renew Energy 77:152-158.
[12] Milikias E, Bekele A, Venkatachalam C (2020) Performance investigation of improved box-type solar cooker with sensible thermal energy storage. Int J Sustain Eng 1-10.
[13] Ozturk HH (2004) Energy and exergy efficiencies of a solar box-cooker. Int J Exergy 1(2): 202-214.
[14] Hosseinzadeh M, Zamani H, Mirzababaee SM, Faezian A, Zarrinkalam F (2020) Experimental Investigation of the Effect of Wind Speed on the Performance of a Portable Parabolic Solar Cooker from Energy and Exergy Viewpoints. Modares Mech Eng 20(6): 1525-1532.
[15] Mekonnen BA, Liyew KW, Tigabu MT (2020) Solar cooking in Ethiopia: Experimental testing and performance evaluation of SK14 solar cooker. Case Stud Therm Eng 22: 100766.
[16] Onokwai AO, Okonkwo UC, Osueke CO, Okafor CE, Olayanju TMA, Samuel, Dahunsi O (2019) Design, modelling, energy and exergy analysis of a parabolic cooker. Renew Energy 142: 497-510.
[17] Zhao Y, Zheng H, Sun B, Li C, Wu Y (2018) Development and performance studies of a novel portable solar cooker using a curved Fresnel lens concentrator. Sol Energy 174: 263-272.
[18] Hosseinzadeh M, Mirzababaee SM, Zamani H, Faezian A, Zarrinkalam F (2019) Modeling of an evacuated tube solar cooker and investigation of weather parameters effect. Modares Mech Eng 19(7): 1573-1584.
[19] Hosseinzadeh M, Faezian A, Mirzababaee SM, Zamani H (2020) Parametric analysis and optimization of a portable evacuated tube solar cooker. Energy 194: 116816.
[20] Hosseinzadeh M, Sardarabadi M, Passandideh-Fard M (2019) Nanofluid and Phase Change Material Integrated into a Photovoltaic Thermal System. In: Mittal V (ed) Phase Change Materials, Central West Publishing, Australia, 93-127.
[21] Shukla SK (2009) Comparison of energy and exergy efficiency of community and domestic type parabolic solar cookers. Int J Green Energy 6(5): 437-449.
[22] Pandey AK, Tyagi VV, Park SR, Tyagi SK (2012) Comparative experimental study of solar cookers using exergy analysis. J Therm Anal Calorim 109(1): 425-431.
[23] Hosseinzadeh M, Sadeghirad R, Zamani H, Kianifar A, Mirzababaee SM (2021) The performance improvement of an indirect solar cooker using multi-walled carbon nanotube-oil nanofluid: An experimental study with thermodynamic analysis. Renew Energy 165: 14-24.
[24] Cuce PM (2018) Box type solar cookers with sensible thermal energy storage medium: A comparative experimental investigation and thermodynamic analysis. Sol Energy 166: 432-440.
[25] Ghadiri M, Sardarabadi M, Pasandideh-fard M, Moghadam AJ (2015) Experimental investigation of a PVT system performance using nano ferrofluids. Energy Convers Manag 103: 468-476.