بررسی تجربی عملکرد حرارتی یک نمونه ی آبگرمکن خورشیدی لوله خلاء اصلاح شده به کمک نانوسیالات

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، ایران

چکیده

امروزه انرژی نقش مهمی در رشد اقتصادی جوامع بشری بازی می کند. در میان انواع انرژی ­های مصرفی توسط بشر، انرژی خورشید را می­توان فراوان ­ترین دانست. از اینرو طی سال ­های گذشته انواع سیستم­ های آبگرمکن خورشیدی ساخته و مورد استفاده قرار گرفته ­اند. با توجه به قابلیت ­های چشمگیر نانوسیالات در بهبود فرایندهای انتقال حرارت و افزایش بازدهی حرارتی سیستم­ های گرمایی، بررسی استفاده از نانوذرات به عنوان جایگزین سیالات متداول در سیستم­ های مختلف حرارتی به ویژه سیستم­ های انرژی خورشیدی و همچنین اثر انواع نانوسیال پرکاربرد بر افزایش بازدهی حرارتی کلکتور لوله خلاء خورشیدی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، مهمترین جزء، یعنی راندمان آبگرمکن­ های خورشیدی و همچنین روند انتقال حرارت با استفاده از سه نوع نانوسیال (با درصد جرمی 1%)، مورد بررسی قرار گرفته است. تمامی آزمایشات با رعایت استانداردهای مربوطه (9806 ISO-)، و در روزهای آفتابی انجام گرفته ­اند. بیشترین میزان افزایش انتقال حرارت نانوسیالات و همچنین راندمان حرارتی سیستم مربوط به ساعات ظهر (ظهر شرعی) است که در این میان، بالاترین راندمان مربوط به نانو­سیال اکسید آلومینیوم(AL2O3  nanofluid)، با 46/3% افزایش نسبت به سیال پایه (سیال روغن) می­باشد. راندمان حرارتی سیستم با نانوسیال اکسید تیتانیوم (TiO2 nanofluid) و نانوسیال اکسید کربن (C  nanofluid) و همچنین سیال پایه (Oil  fluid) به ترتیب 54/2­% و 12/2% و 6/1% را نشان می­ دهند. با توجه به شدت افزایش ظرفیت حرارتی نانوسیال­ های مورد استفاده قرار گرفته، می­توان ظرفیت حرارتی را عاملی مهم در افزایش راندمان آبگرمکن­ های خورشیدی  لوله خلاء دانست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Shiravi, A.H., and Firoozzadeh, M., "Environmental Impacts of Commissioning Eqlid 10MW Photovoltaic Power Plant in Fars Province, Iran", International Conference on Renewable Energy and Distributed Generation (ICREDG 2019), June 7-9, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran, (2019).
 
[2] Firoozzadeh, M., and Shiravi, A.H., "Environmental Effects of 61.2 MW Siahpoush Wind Farm in Qazvin Province, Iran", In:  International Conference on Renewable Energy and Distributed Generation (ICREDG), June 7-9, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran, (2019).
 
[3] Saffarian, M.R., Moravej, M., and Doranehgard, M.H., "Heat Transfer Enhancement in a Flat Plate Solar Collector with Different Flow Path Shapes using Nanofluid", Journal of Renewable Energy, Vol. 146, pp. 2316-2329, (2020).
 
[4] Firoozzadeh, M., Shiravi, A.H, and Shafiee, M., "An Experimental Study on Cooling the Photovoltaic Modules by Fins to Improve Power Generation: Economic Assessment", Iranian (Iranica) Journal of Energy and Environment, Vol. 10(2), pp. 80-84, (2019).
 
[5] Soltani, S., Kasaeian, A., Sokhansefat, T., and Shafii, M.B., "Performance Investigation of a Hybrid Photovoltaic/Thermoelectric System Integrated with Parabolic trough Collector", Journal of Energy Conversion and Management, Vol. 159, pp. 371-380, (2018).
 
[6] Firoozzadeh, M., Shiravi, A.H., and Shafiee, M., "Different Methods of using Phase Change Materials (PCMs) as Coolant of Photovoltaic Modules: A Review", Journal of Energy Management and Technology, Vol. 4(3), pp. 30-36, (2020).
 
[7] Sarhaddi, F., Farahat, S., Ajam, H., and Behzadmehr, A., "Exergetic Optimization of a Solar Photovoltaic Thermal (PV/T) Air Collector", International Journal of Energy Research, Vol. 35(9), pp. 813-827, (2011).
 
[8] Rashidi, S., Javadi, P., and Esfahani, J.A., "Second Law of Thermodynamics Analysis for Nanofluid Turbulent Flow Inside a Solar Heater with the Ribbed Absorber Plate", Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,Vol. 135(1), pp. 551-563, (2019).
 
[9] Bazri, S., Badruddin, I.A., Naghavi, M.S., Seng, O.K., and Wongwises, S., "An Analytical and Comparative Study of the Charging and Discharging Processes in a Latent Heat Thermal Storage Tank for Solar Water Heater System", Journal of Solar Energy, Vol. 185, pp. 424-438, (2019).
 
[10] Sakhaei, S.A., and Valipour, M.S., "Investigation on the Effect of Different Coated Absorber Plates on the Thermal Efficiency of the Flat-plate Solar Collector", Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 140, pp. 1-14, (2019).
 
[11] Gholipour, S., Afrand, M., and Kalbasi, R., "Improving the Efficiency of Vacuum Tube Collectors using New Absorbent Tubes Arrangement: Introducing Helical Coil and Spiral Tube Adsorbent Tubes", Journal of Renewable Energy, Vol. 151, pp. 772-781, (2020).
[12] Sabiha, M., Saidur, R., Mekhilef, S., and Mahian, O., "Progress and Latest Developments of Evacuated Tube Solar Collectors", Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 51, pp. 1038-1054, (2015).
 
[13] Hill, J.E., and Streed, E.R., "A Method of Testing for Rating Solar Collectors Based on Thermal Performance", Journal of Solar Energy, Vol. 18(5), pp. 421-429, (1976).
 
[14] Zhentao, L., Zhichen, H., and Guangming, X., "Development Report for Chinese Solar Thermal Industry", Journal of Solar Energy, Vol. 98(8), pp. 7-10, (2012).
 
[15] Zhang, X., You, S., Xu, W., Wang, M., He, T., and Zheng, X., "Experimental Investigation of the Higher Coefficient of Thermal Performance for Water-in-glass Evacuated Tube Solar Water Heaters in China", Journal of Energy Conversion and Management, Vol. 78, pp. 386-392, (2014).
 
[16] Choi, S.U., and Eastman, J.A., "Enhancing Thermal Conductivity of Fluids with Nanoparticles", ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, November 12-17, San Francisco, CA., (1995).
 
[17] Yousefi, T., Veysi, F., Shojaeizadeh, E., and Zinadini, S., "An Experimental Investigation on the Effect of Al2O3–H2O Nanofluid on the Efficiency of Flat-plate Solar Collectors", Journal of Renewable Energy, Vol. 39(1), pp. 293-298, (2012).
 
[18] Murshed, S.M.S., Leong, K.C., and Yang, C., " Enhanced Thermal Conductivity of TiO2-water Based Nanofluids", Internation Journal of Thermal Sciences, Vol. 44(4), pp. 367-373, (2005).
 
[19] Li, Y., Tung, S., Schneider, E., and Xi, S., "A Review on Development of Nanofluid Preparation and Characterization", Journal of Powder Technology, Vol. 196(2), pp. 89-101, (2009).
 
[20] Vajjha, R.S., and Das, D.K., "A Review and Analysis on Influence of Temperature and Concentration of  Nanofluids on Thermophysical Properties, Heat Transfer and Pumping Power", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 55(15-16), pp. 4063-4078, (2012).
 
[21] Saidur, R., Leong, K., and Mohammad, H., "A Review on Applications and Challenges of Nanofluids", Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 15(3), pp. 1646-1668, (2011).
 
[22] Budihardjo, I., Morrison, G.L., and Behnia, M., "Natural Circulation Flow through Water-in-glass Evacuated Tube Solar Collectors", Journal of Solar Energy, Vol. 81(12), pp. 1460-1472, (2007).
 
[23] Jwo, C.S., Teng, T.P., Chang, H., Tsung, T.T., Liao, C.Y., and Lin, C.H., "Preparation and UV Characterization of TiO2 Nanoparticles Synthesized by SANSS", Journal of Reviews on Advanced Materials Science, Vol. 10(3), pp. 283-288, (2005).
 
[24] Kaye, G.W.C., and Laby, T.H., "Tables of Physical and Chemical Constants and Some Mathematical Functions", Fourth Edition, Longmans, Green and Co., 39 Paternoster Row, London, pp. 2, (1921).
 
[25] Young, H.D., and Freedman, R.A., "University Physics with Modern Physics", Fourteenth Edition, Pearson Education Inc., Publishing as Pearson Addison-Wesley with Modern Physics, England, (2008).
 
[26] Corcione, M., "Empirical Correlating Equations for Predicting the Effective Thermal Conductivity and Dynamic Viscosity of Nanofluids", Journal of Energy Conversion and Management, Vol. 52(1), pp. 789-793, (2011).
 
[27] Firoozzadeh, M., Shiravi, A.H., and Shafiee, M., "Experimental Study on Photovoltaic Cooling System Integrated with Carbon Nano Fluid", Journal of Solar Energy Research, Vol. 3(4), pp. 287-292, (2018).
 
[28] Shiravi, A.H., Firoozzadeh, M., Bostani, H., Shafiee, M., and Bozorgmehrian, M., "Experimental Study on Carbon Nanofluid Pressure Drop and Pumping Power", Journal of Advances in Nanochemistry, Vol. 2(1), pp. 27-31, (2020).
 
[29] Xu, L., Wang, Z., Yuan, G., Li, X., and Ruan, Y., "A New Dynamic Test Method for Thermal Performance of All-glass Evacuated Solar Air Collectors", Journal of Solar Energy, Vol. 86(5), pp. 1222-1231, (2012).
 
[30] Sallaberry, F., Pujol-Nadal, R., de Jalón, A.G., and Martínez-Moll, V., "Towards a Standard Testing Methodology for Medium-temperature Solar Collectors with Variable Geometry", Journal of Energy Procedia, Vol. 57, pp. 2904-2913, (2014).
 
[31] Yekta, A., Veysi, F., and Shojaeizadeh, E., "The Effect of Tube Aspect Ratio on the Efficiency of Water in Glass Evacuated Tube Solar Water Heaters", Caspian Journal of Applied Sciences Research, Vol. 4(8), pp. 26-39, (2015).
 
[32] Moradi, R., Saffarian, M.R., and Behbahani-Nejad, M., "Experimental Study of an Air Humidity Absorption Cycle Based on the MHI", Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 139, pp. 3613-3621, (2020).
 
[33] Hosseinzadeh, M., Sardarabadi, M., and Passandideh-Fard, M., "Energy and Exergy Analysis of Nanofluid Based Photovoltaic Thermal System Integrated with Phase Change Material", Journal of Energy, Vol. 147, pp. 636-647, (2018).