عنوان

تأثیر منابع حرارتی-نوری مختلف بر میزان جذب انرژی در یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت در مقیاس آزمایشگاهی با استفاده از نانوسیالات مختلف

پ۲۵۱۰۳

per

تأثیر منابع حرارتی-نوری مختلف بر میزان جذب انرژی در یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت در مقیاس آزمایشگاهی با استفاده از نانوسیالات مختلف

مهدیه احمدی

کشاورزی

۱۴۰۰

۱۳۰ص

سی دی

کارشناسی ارشد

مكانيك بیوسیستم گرایش انرژی¬های تجدیدپذیر

۱۴۰۰/۰۵۱۱

چکیده:جهان امروزی در تلاش است که برای تأمین انرژی خود، به انرژی¬های تجدیدپذیر روی بیاورد که یکی از مهم¬ترین آن¬ها، انرژی خورشیدی است. انرژی خورشیدی یکی از منابع قابل اتکای انرژی در حال و آینده بوده و پیش¬بینی می¬شود در سالیان نزدیک، استفاده بسیار گسترده¬ای پیدا کند و بخش ویژه¬ای از انرژی جهان و به¬ویژه شهرها، از این طریق تأمین گردد. به همین دلیل سامانه¬های حرارتی خورشیدی در سالیان آینده نقش پررنگ¬تری در علوم مهندسی خواهند داشت. هدایت حرارتی پایین، محدودیت اصلی در توسعه سیالات انتقال حرارت کارآمد است که در بسیاری از کاربردهای صنعتی موردنیاز است. برای غلبه بر این محدودیت، نسل جدیدی از سیالات انتقال حرارت به¬وجود آمده¬اند. نانوسیال¬ها سوسپانسیون¬های پایداری از ذرات نانومتری (حداقل در یک بعد کوچک¬تر از 100 نانومتر) هستند که در سیالات انتقال حرارتی ساده معلّق می-باشند. نانوسیال¬ها برای کاربردهای مهندسی و استفاده در سامانه¬های حرارتی خورشیدی مناسب بوده و پتانسیل¬های مفیدی همچون پایداری بهتر، هدایت حرارتی بالاتر و عدم ایجاد افت فشار اضافی در مقایسه با دیگر سوسپانسیون¬ها از خود نشان می¬دهند. در مطالعه تجربی حاضر به بررسی تأثیر انواع منابع حرارتی-نوری بر میزان جذب انرژی در یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت در مقیاس آزمایشگاهی با استفاده از دو نوع نانوسیال مختلف پرداخته شده است. برای این کار از یک مجموعه¬ آزمایشی استفاده شد. نانوسیال¬های مورد استفاده، نانوسیال دی¬اکسید آلومینیوم و دی¬¬اکسید تیتانیوم بر پایه آب مقطر با درصد جرمی-حجمی 2/0 بودند که به¬عنوان سیال سرویس به¬صورت ساکن درون کلکتور خورشیدی مورد استفاده قرار گرفتند. در حین آزمایش¬ها، رفتار حرارتی نانوسیال تهیه شده به¬عنوان سیال سرویس در کلکتور صفحه تخت در دو مرحله جذب با مدت زمان¬های 120 و 240 دقیقه و واجذب با همان مدت زمان¬ مورد بررسی قرار گرفت. همچنین آب مقطر به¬عنوان سیال عامل در داخل مخزن عایق¬بندی شده و لوله¬های درون کلکتور در حال گردش بود. نتایج آزمایش¬های انجام شده حاکی از این بود که استفاده از نانوسیال به¬عنوان سیال سرویس و جایگزینی آن با سیال شاهد، سبب افزایش بازده جذب در کلکتور می¬شود. آزمایش-ها در سه تکرار انجام شده و مقادیر میانگین بازده محاسبه شد. بالاترین بازده حرارتی برای کلکتور با استفاده از لامپ حرارتی تنگستنی مشاهده شد. این مقادیر در مدت زمان جذب 120 دقیقه با استفاده از لامپ حرارتی تنگستنی به¬ترتیب در حضور نانوسیال آلومینا 90¬%، نانوسیال تیتانیا 82¬% و سیال شاهد 63¬% به¬دست آمد. همچنین در مدت زمان جذب 240 دقیقه و استفاده از لامپ ذکر شده، این مقادیر برای نانوسیال آلومینا 60¬%، نانوسیال تیتانیا 53¬% و سیال شاهد 48¬% گزارش شد. نتایج تجربی حاکی از آن بود که بیش¬ترین عملکرد و بالاترین بازده برای کلکتور خورشیدی صفحه تخت زمانی بود که از نانوسیال آلومینا 2/0¬% جرمی-حجمی و لامپ حرارتی تنگستنی استفاده شد. بنابراین، نتیجه گرفته شد نانوسیال¬های مورد استفاده بازده کلکتور خورشیدی صفحه تخت را به میزان قابل ملاحظه¬ای افزایش می¬دهند.

Abstract:The world is trying to turn to renewable energies for energy demands. One of the most important renewable energy resources is solar energy, a reliable source which is expected to be widely used in the coming years. For this reason, solar thermal systems will play a more prominent role in the engineering sciences. Thermal conductivity is one of the limitations in the development of efficient heat transfer by fluids required in the use of industrial applications as well as solar collectors. To overcome this limitation, a new generation of heat transfer fluids has been developed. Nanofluids are stable suspensions of nanometer particles (at least in one dimension less than 100 nm) suspended in simple heat transfer fluids. Nanofluids are suitable for engineering applications and show useful potentials such as better stability, higher thermal conductivity and no additional pressure drop compared to other suspensions. In the present experimental study, the effect of various heat-optical sources was investigated on the energy absorption efficiency in a flat plate solar collector. The experiments were performed using a laboratory scale setup collector with different nanofluids. The experiments were performed in three replications and the mean values of energy absorption efficiency were calculated. The used nanofluids were aluminium dioxide and titanium dioxide based on distilled water with a weight/volume percent of 0.2. The distilled water was as the working fluid in the solar collector. During the experiments, the thermal behavior of the prepared nanofluid as a service fluid in the flat plate collector was investigated in two stages of absorption with duration of 120 and 240 minutes and desorption with the same time duration. Distilled circulating water was also insulated as the working fluid inside the tank and the pipes inside the collector. The experimental results showed that the use of nanofluid as a service fluid and its replacement with a control fluid increases the absorption efficiency in the collector. The highest thermal efficiency was observed for the collector using tungsten heat bulb. These values were obtained in the presence of alumina nanofluid 90%, titania nanofluid 82% and reference fluid 63% in 120 min absorption time. Also, during the absorption time of 240 minutes, these values were reported as 60% for alumina nanofluid, 53% for titania nanofluid and 48% for reference fluid. Experimental results showed that the maximum performance and highest efficiency of the flat plate solar collector was obtained when 0.2%-Al2O3 nanofluid and heating tungsten bulb was used. Therefore, it was concluded that the use of different nanofluids increases the efficiency of the solar collector significantly.

Influence of different light-heat sources on energy absorption in a laboratory-scale flat plate solar collector (FPSC) using different nanofluids

‏‏ احمدی،

‏‏مهدیه

تهيه کننده

‏‏میسمی،

‏عجب شیرچی،

احمدلوی داراب،

‏محمدعلی

‏یحیی

‏ مجید

استاد راهنما

استاد راهنما

استاد مشاور

‏ تبریز