بررسی تجربی اثر نانوذره روی‌اکسید و پارامترهای فرایندی بر عملکرد گرمای کلکتور خورشیدی صفحه تخت

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان ایران

چکیده

انرژی خورشید به‌دلیل تجدید پذیر بودن و نداشتن خطر آلودگی محیط زیست مناسب‌ترین گزینه برای تامین انرژی بشر محسوب می‌شود. البته مشکل‌هایی از جمله بازده پایین و چگونگی تبدیل این انرژی گرمایی به اشکال دیگر انرژی وجود دارد. کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت از جمله مهم‌ترین وسایل جذب انرژی گرمایی خورشیدی برای مصرف‌های صنعتی و خانگی هستند. در این پژوهش عملکرد گرمایی یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت با استفاده از نانوذره روی اکسید در سیال پایه آب + اتیلن گلیکول به عنوان سیال عامل بررسی شده است. هدف از انجام این پژوهش بهبود عملکرد گرمایی و چگونگی بالا بردن بازده گرمایی کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت بود. ابتدا آزمایش‌هایی در حضور سیال عامل ترکیبی 65% آب + 35% اتیلن گلیکول صنعتی بدون نانوذره انجام شد و بازدهی کلکتور به‌دست آمد و در ادامه بازده کلکتور در حضور نانوذره روی اکسید با درصدهای حجمی  05/0% و 1/0% در بازه شدت جریان حجمی lit /min 5-1 بررسی شد. با تعیین میزان جذب گرما در حضور نانوسیال نسبت به سیال پایه خالص، اثر نانوذره و غلظت آن، همچنین سرعت نانوسیال بر بهبود عملکرد گرمایی کلکتور بررسی شد. استفاده از نانوسیال روی اکسید در 05/0% و 1/0% درصد حجمی باعث افزایش 20-4 درصدی در بازده گرمایی متوسط و 33-8% در بیشینه بازده کلکتور خورشیدی صفحه تخت شد. البته لازم به ذکر است هر چند در نانوسیال با درصد حجمی بیشتر، حدود 7-5 درصد به بازدهی متوسط گرمایی کلکتور خورشیدی اضافه شد ولی در مقابل سرعت ته نشینی نانوذره‌ها در سیال پایه را نیز بیش­تر کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Muhammad M.J., Muhammad I.A., Che Sidik N.A., Yazid M.N.A.W.M., Thermal Performance Enhancement of Flat-Plate and Evacuated Tubesolar Collectors Using Nanofluid: A Review, International Communications in Heat and Mass Transfer, 76: 6–15 (2016).
[2] Gupta H.K., Agrawal G.D., Mathur J., An Experimental Investigation of a Low Temperature Al2O3-H2O Nanofluid Based Direct Absorption Solar Collector, Solar Energy, 118: 390- 396 (2015).
[3] Liu J., Ye Z., Zhang L., Fang X., Zhang Z., A Combined Numerical and Experimental Study on Graphene/Ionic Liquid Nanofluid Based Direct Absorption Solar Collector, Solar Energy Materials and Solar Cells, 136: 177-186 (2015).
[4] Yan S., Wang F., Shi Z.G., Tian R., Heat Transfer Property of SiO2/water Nanofluid Flow inside Solar Collector Vacuum Tubes, Applied Thermal Engineering, 152: 119496 (2020).
[5] Yurddas A., Optimization and Thermal Performance of Evacuated Tube Solar Collector with Various Nanofluids, International Journal of Heat and Mass Transfer, 118: 385-391 (2017).
[6] Choudhary S., Sachdeva A., Kumar P., Investigation of the Stability of MgO Nanofluid and its Effect on the Thermal Performance of Flat Plate Solar Collector, Renewable Energy, 147: 1801-1814 (2020).
[7] Choudhary S., Sachdeva A., Kumar P., Influence of Stable Zinc Oxide Nanofluid on Thermal Characteristics of Flat Plate Solar Collector, Renewable Energy, 152: 1160-1170 (2020).
[8] Tong Y., Lee H., Kang W., Cho H., Energy and Exergy Comparison of a Flat-Plate Solar Collector using Water, Al2O3 Nanofluid, and CuO Nanofluid, Applied Thermal Engineering, 159: 113959 (2019).
[9] Mercan M., Yurddaş A., Numerical Analysis of Evacuated Tube Solar Collectors using Nanofluids, Solar Energy, 191: 167-179 (2019).
[10] Shafiey Dehaj M., Zamani Mohiabadi M., Experimental Investigation of Heat Pipe Solar Collector Using MgO Nanofluids, Solar Energy Materials and Solar Cells, 191: 91-99 (2019).
[11] Shahram Delfania, Mostafa Esmaeili, Maryam Karami, Application of Artificial Neural Network for Performance Prediction of a Nanofluid-Based Direct Absorption Solar Collector, Sustainable Energy Technologies and Assessments, 36: 100559 (2019)
[12] Hawwash A.A., Abdel Rahman A.K., Nada S.A., Ookawara S., Numerical Investigation and Experimental Verification of Performance Enhancement of Flat Plate Solar Collector Using Nanofluids, Therm. Eng., 130: 363–374 (2018)
[13] Wen D., Ding Y., Experimental Investigation into Convective Heat Transfer of Nanofluids at the Entrance Region Under Laminar Flow Conditions, J. Heat Mass Transf., 47: 5181–5188 (2004).
[14] Xuan Y., Roetzel W., Conceptions for Heat Transfer Correlation of Nanofluids, J. Heat Mass Transf. 43: 3701–3707 (2000).
[15] Corcione, Empirical Correlating Equations for Predicting the Effective Thermal Conductivity and Dynamic Viscosity of Nanofluids, Energy Convers. Manag. 52: 789–793 (2011).
[16] کرمی م.، اخوان بهابادی م.ع.، دلفانی ش.، حسینی پاکدل س.م.، کاربرد نانوسیال ترکیبی Fe3O4/Silica به عنوان سیال عامل کلکتور خورشیدی جذب مستقیم، مجله مکانیک دانشگاه تربیت مدرس، (2)18: 37-44 (1397).
[17] مروج م.، نقره آبادی ا.ر.، حاجی دولو ا.، بررسی تجربی کارایی کلکتورهای سه بعدی ثابت و صفحه تخت خورشیدی،دوفصلنامه انرژی‌های تجدید پذیر و نو، (1)5: 20-29 (1397).
[18] کاظمی ج.، اسدزاده زرگر ف.، اسدزاده زرگر ا.، بررسی پارامترهای تأثیرگذار بر بازده گرمایی کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت، دوفصلنامه انرژی‌های تجدید پذیر و نو، (1)5: 1-8 (1397).
[19] کیانی ایرانپور ع.، کرمی م.، دلفانی ش.، بررسی عددی تأثیر پارامترهای موثر بر روی کارایی کلکتور خورشیدی حجمی با استفاده از نانوسیال آب-اکسید مس، مجله مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها، (1)7: 91-100 (1396).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار