شبیه سازی انتقال حرارت جابجایی جریان مغشوش نانوسیال در لوله جاذب کلکتورسهموی به روش دو فازی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 استادیار ،گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان، ایران

چکیده

کلکتور سهموی یکی از تجهیزات متداول برای استفاده از انرژی خورشیدی است که با درجه حرارت بالا راندمان خوبی ایجاد می کند. استفاده از نانوسیال به عنوان سیال عامل می تواند باعث افزایش راندمان حرارتی سیستم می شود. در نظر گرفتن برخی ویژگیهای حرارتی نانوسیال و همچنین پارامترهای جریان برای رسیدن به حداکثر راندمان امری ضروری است. در پژوهش حاضر، انتقال حرارت جابجایی مغشوش نانوسیال درون لوله جاذب یک کلکتور سهموی شبیه سازی شده است که شار حرارتی روی دیواره آن به صورت غیریکنواخت است. از نانوسیال اکسید تیتانیوم-سیلترم800 و نانوسیال اکسید آلومینیوم-آب با غلظتهای 1% ،%2 ،%3 % و 4% در رینولدزهای 10000 ،20000 و 30000 استفاده شده است. با مقایسه عدد ناسلت نانوسیال اکسید تیتانیوم-سیلترم800 و نانوسیال اکسید آلومینیوم-آب با سیال پایه می توان نتیجه گرفت که نانوسیال عملکرد حرارتی بهتری نسبت به سیال پایه دارد. بیشترین درصد افزایش عدد ناسلت نانوسیال اکسید تیتانیوم_سیلترم800 و نانوسیال اکسید آلومینیوم_آب نسبت به سیال پایه خود، به ترتیب 66% و 57% است. بیشترین درصد افزایش عدد ناسلت مربوط به نانوسیال اکسید تیتانیوم_سیلترم800 در رینولدز 10000 و غلظت 4% می باشد که در این حالت شاخص معیار ارزیابی عملکرد،PEC، 93/2 می باشد. برای هر دو نانوسیال با افزایش غلظت افزایش می یابد. با افزایش عدد رینولدز PEC برای اکسید تیتانیوم_سیلترم800 کاهش و برای اکسید آلومینیوم-آب افزایش می یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Kasaeian A B, Sokhansefat T, Abbaspour, M J and Sokhansefat M (2012) Numerical study of heat transfer enhancement by using Al2O3/synthetic oil nanofluid in a parabolic trough collector tube. World acad. eng. technol. 69: 1154-1159.
[2] Sokhansefat T, Kasaeian A B and Kowsary F (2014) Heat transfer enhancement in parabolic trough collector tube using Al2O3/synthetic oil nanofluid. Renew. Sust. Energ. Rev.  33: 636-644.
[3] Basbous N, Taqi M and Belouaggadia N (2015) Numerical study of a parabolic trough collector using a nanofluid. Asian j. curr. eng. Math. 4(3): 40-44.
[4] Bellos E and Tzivanidis C (2017) Optimization of a solar-driven trigeneration system with nanofluid-based parabolic trough collectors. Energies 10(7): 848.
[5] Vanaki S M, Ganesan P and Mohammed H A (2016) Numerical study of convective heat transfer of nanofluids: a review. Renew. Sust. Energ. Rev 54: 1212-1239.
[6] Basbous N, Taqi M and Janan M A (2016, November) Thermal performances analysis of a parabolic trough solar collector using different nanofluids. International renewable and sustainable energy conference (IRSEC) (pp. 322-326). IEEE.
[7] Ghasemi S E, Ranjbar A A (2017) Effect of using nanofluids on efficiency of parabolic trough collectors in solar thermal electric power plants. Int. J. Hydrog. Energy 42(34): 21626-21634.
[8] Kandwal S and Lal K G (2015) An Experimental Investigation into Nanofluids (Cuo-H2o &Cuo-Ethylene Glycol) Based Parabolic Solar Collector.
[9] Chaudhari K S, Walke P V Wankhede U S and Shelke  R S (2015) An experimental investigation of a nanofluid (Al2O3+ H2O) based parabolic trough solar collectors. Curr. Appl. Sci. Technol. 9(6): 551-557.
[10] Menbari A, Alemrajabi A A and Rezaei A (2016) Heat transfer analysis and the effect of CuO/Water nanofluid on direct absorption concentrating solar collector. Appl. Therm. Eng. 104: 176-183.
[11] Abed N, Afgan I, Cioncolini A, Iacovides H, Nasser A and Mekhail T (2020) Thermal performance evaluation of various nanofluids with non-uniform heating for parabolic trough collectors. Case Stud. Therm. Eng. 22: 100769.
[12] Hachicha A A, Said Z, Rahman S M A and Al-Sarairah E (2020) On the thermal and thermodynamic analysis of parabolic trough collector technology using industrial-grade MWCNT based nanofluid. Renew. Energy 161: 1303-1317.
[13] Al-Rashed A A, Alnaqi A A and Alsarraf J )2021( Numerical investigation and neural network modeling of the performance of a dual-fluid parabolic trough solar collector containing non-Newtonian water-CMC/Al2O3 nanofluid. Sustain. Energy Technol. Assess. 48: 101555.
[14] Hong  K, Yang Y, Rashidi S, Guan Y. and Xiong Q (2021) Numerical simulations of a Cu–water nanofluid-based parabolic-trough solar collector. J. Therm. Anal. Calorim. 143 :4183-4195.
[15] Farooq M, Farhan M, Ahmad G, Usman M, Sultan M, Hanif M S, Imran M, Anwar S, El-Sherbeeny A M and Shakir M A (2022) Thermal performance enhancement of nanofluids based parabolic trough solar collector (NPTSC) for sustainable environment. Alex. Eng. J. 61(11): 8943-8953.
[16] Mustafa J, Alqaed S and Sharifpur M (2022)Numerical study on performance of double-fluid parabolic trough solar collector occupied with hybrid non-Newtonian nanofluids: Investigation of effects of helical absorber tube using deep learning. Eng Anal Bound Elem 140: 562-580.
[17] Olia H, Torabi M, Bahiraei M, Ahmadi M H, Goodarzi  M and Safaei M R (2019) Application of nanofluids in thermal performance enhancement of parabolic trough solar collector: state-of-the-art. Appl. Sci. 9(3): 463.
[18] Kaloudi E, Papanicolaou E and Belessiotis V (2016) Numerical simulations of a parabolic trough solar collector with nanofluid using a two-phase model. Renew. Energy, 97: 218-229.
[19] Wen D, Ding Y (2004) Experimental investigation into convective heat transfer of nanofluids at the entrance region under laminar flow conditions. Int. J. Heat Mass Transf. 47: 5181–5188.
[20] Takabi B, Shokouhmand, H (2015) Effects of Al2O3–Cu/water hybrid nanofluid on heat transfer and flow characteristics in turbulent regime. . J. Mod. Phys. C 26(04): 1550047.
 
[21] Huang Z, Yu GL, Li ZY, Tao WQ (2015) Numerical study on heat transfer enhancement in a receiver tube of parabolic trough solar collector with dimples protrusions and helical fins. Energy Procedia 69:1306–16.
[22] Safaei, Mohammad Reza, A. Jahanbin, Ali Kianifar, Samira Gharehkhani, Akeel Shebeeb Kherbeet, Marjan Goodarzi, and Mahidzal Dahari. "Mathematical modeling for nanofluids simulation: a review of the latest works." Modeling and simulation in engineering sciences (2016): 189-220.
[23] Naphon P, Nakharintr L(2015) Turbulent two phase approach model for the nanofluids heat transfer analysis flowing through the minichannel heat sinks. Int. J. Heat Mass Transf. 82: 388–95.
[24] Xuan Y, Roetzel W (2000) Conceptions for heat transfer correlation of nanofluids. Int. J. HeatMass Transf. 43(19): 3701–3707.
[25] Yu W, Choi SU ((2003) The role of interfacial layers in the enhanced thermal conductivity of nanofluids: a renovated Maxwell model, J Nanopart Res 5 167-171.
[26] Tijani, A.S. and Roslan, A M (2014) Simulation analysis of thermal losses of parabolic trough solar collector in Malaysia using computational fluid dynamics. Proc. Technol. 15: 841-848
[27] Ekiciler R, Arslan K, Turgut O and Kurşun B (2020) Effect of hybrid nanofluid on heat transfer performance of parabolic trough solar collector receiver. J. Therm. Anal. Calorim 143: 1-18.
[28] Duangthongsuk W, Wongwises S (2010) An experimental study on the heat transfer performance and pressure drop of TiO2-water nanofluids flowing under a turbulent flow regime. Int. J. Heat Mass Transf. 53(1-3): 334-344.