بررسی تجربی و عددی تاثیر نسبت ابعادی لوله ها بر عملکرد گرمایی کلکتورهای خورشیدی لوله خلاء

انرژی خورشیدی و استفاده از آن در ابعاد مختلف چندیست که مورد توجه قرار گرفته است. از میان روش های استفاده از انرژی خورشیدی آبگرمکن های خورشیدی بیشتراز سایرین مورد توجه ومطالعه قرار گرفته اند. از میان انواع مختلف این آبگرمکن ها نوع صفحه تخت و لوله خلاء بیشتر از سایرین مورد استفاده قرار گرفته اند. نوع ترموسیفون از کلکتور های لوله خلاء نسبت به سایر انواع این کلکتورها رایج تر می باشد. این نوع آب گرمکن ها نسبت به سایر آب گرمکن های نوع لوله خلاء که از یک منیفولد برای انتقال حرارت استفاده می کنند، دارای عملکرد حرارتی بهتری می باشند و همچنین دارای ساختمان ساده تر و هزینه های اولیه کمتر هستند. میزان انرژی جذب شده توسط لوله های خلاء به عوامل مختلفی همچون : زاویه شیب، نسبت ابعادی لوله ها، فاصله ی بین لوله های موازی، استفاده یا عدم استفاده از صفحه ی بازتابنده، فاصله ی این صفحه از لوله ها، شرایط جغرافیایی محل و شرایط محیط اطراف بستگی دارد. با انگیزه ی طراحی بهینه این لوله های خلاء، مطالعاتی برای بررسی تاثیر نسبت ابعادی لوله های خلاء بر روی عملکرد گرمایی آنها و خصوصیات جریان درون لوله ها، به صورت تجربی و عددی صورت گرفته است. از آنجایی که لوله های خلاء با نسبت های ابعادی مختلف به منظور بررسی تجربی تاثیر این پارامتر در دسترس نمی باشد، از مدل سازی عددی مسئله استفاده گردید. در کنار حل عددی مسئله، یک نمونه از این نوع آب گرمکن ها تنها با 3 لوله خلاء ساخته شد و با استفاده از لوله های خلاء با نسبت ابعادی 40 مورد آزمایش قرار گرفت. از نتایج این آزمایش های تجربی برای محک زدن نتایج مدل سازی عددی استفاده گردید و مشخص شد که نتایج از تطابق قابل قبولی برخوردار می باشند و می توان از نتایج مدل سازی عددی به جای نتایج تجربی استفاده کرد. در مدل عددی، مسئله با نسبت های ابعادی 20 الی 70 در بازه های 10 تایی حل شد و عملکرد گرمایی متناظر با آنها محاسبه گردید. با استفاده از تغییر قطر لوله ها، نسبت های ابعادی مختلف ایجاد شدند. نتایج نشان می دهد که لوله های خلاء به ازای قطر mm45 بیشترین عملکرد حرارتی را از خود نشان می دهند. پس از آن تاثیر تغییر طول لوله بر روی عملکرد حرارتی بررسی شد. نتایج نشان می دهد که عملکرد گرمایی لوله های خلاء با افزایش طول لوله ها کاهش می یابد. در واقع با افزایش نسبت ابعادی از 20 الی 70 عملکرد گرمایی حدودا 30% کاهش می یابد. در هر نسبت ابعادی ثابت نیز، با افزایش میزان تابش متوسط بر روی سطح لوله ها عملکرد گرمایی آنها افزایش می یابد. این افزایش عملکرد در لوله هایی با نسبت ابعادی کوچک تر از 40 کم و ناچیز است و در حدود 3% می باشد در حالی که برای نسبت های ابعادی بزرگتر از 40 این افزایش در عملکرد گرمایی چشمگیر تر و بیش از 5% می باشد.