بررسی عددی عملکرد حرارتی کلکتور خورشیدی استوانه ای گازی

هدف از این پژوهش، بررسی عملکرد حرارتی کلکتور خورشیدی استوانه ای است. کلکتور خورشیدی استوانه ای از یک پوشش شفاف پلاستیکی یا شیشه ای به صورت لوله تشکیل شده است. درون این لوله، یک لوله مارپیچ فلزی سیاه رنگ به عنوان جاذب انرژی خورشیدی وجود دارد که سیالی مانند آب در آن جریان می یابد و انرژی حرارتی را جذب می کند و گرم می شود. در فضای بین لوله جاذب و پوشش شفاف، گاز وجود دارد. در این پژوهش، تاثیر نوع گاز مذکور بر عملکرد حرارتی بررسی شده است. به این منظور یک کلکتور نمونه برای تامین آب گرم با دبی جرمی 23/0 گرم بر ثانیه در نظر گرفته شد و به کمک نرم افزار fluent تاثیر گازهای هوا، دی اکسید کربن، آرگون، کریپتون، زنون بر عملکرد حرارتی کلکتور بررسی شد. ضریب انتقال حرارت هدایتی و نیز عدد پرانتل برای گازهای آرگون، کریپتون، زنون نسبت به هوا کمتر است و انتقال حرارت جابجایی در فضای بین لوله جاذب و پوشش شفاف کاهش می یابد بنابراین تلفات حرارتی کاهش و لذا عملکرد حرارتی افزایش می یابد. برای 15 تیرماه، در کرمانشاه حداکثر تابش خورشیدی w/m2 910 است، راندمان حرارتی کلکتور برای گازهای هوا، دی اکسید کربن، آرگون، کریپتون و زنون به ترتیب 4/25 درصد، 6/25 درصد، 6/26 درصد، 2/27 درصد و 9/27 درصد می باشد، که بیشترین افزایش 5/2 درصد و مربوط به گاز زنون می باشد. نتایج فوق برای 15 دی ماه در کرمانشاه که حداکثر تابش خورشیدی w/m2 420 است، مقادیر راندمان حرارتی به ترتیب 6/31، 9/32، 3/34، 3/35 و 6/36 درصد می باشد، که اولا بیشترین افزایش راندمان 5 درصد و و مربوط به گاز زنون است و ثانیا راندمان حرارتی نسبت به تیر ماه بیشتر شده است، هر چند که تابش خورشید در تیر ماه بیشتر می باشد. زیرا با افزایش درجه حرارت، تلفات حرارتی نیز افزایش می یابد.