بررسی عددی اثر نانوسیالات بر راندمان حرارتی کلکتورهای لوله خلاء خورشیدی

امروزه انرژی نقش مهمی در رشد اقتصادی جوامع بشری بازی می¬کند. در میان انواع انرژی¬های مصرفی توسط بشر، انرژی خورشید را می¬توان فراوان ترین دانست. طبیعت و بشر راه¬های مختلفی برای به کارگیری انرژی خورشیدی ابداع کرده اند. در این میان ساده¬ترین استفاده ممکن، تبدیل تابش خورشیدی به حرارت است. از اینرو طی سال های گذشته انواع سیستم های آبگرمکن خورشیدی ساخته و مورد استفاده قرار گرفته اند. قلب آبگرمکن های خورشیدی کلکتورهای خورشیدی هستند. فراوان ترین انواع کلکتورهای خورشیدی کلکتورهای صفحه تخت و کلکتورهای لوله خلاء هستند. به دلیل اتلاف حرارتی زیاد، کلکتورهای صفحه تخت دارای راندمان مناسبی نسبت به کلکتورهای لوله خلاء نیستند. کلکتورهای لوله خلاء خود انواع مختلفی دارند که در این پژوهش از کلکتور لوله خلاء با لوله ی u-شکل جهت شبیه سازی استفاده شده است. در پایان نامه به مدل¬سازی تک فازی یک کلکتور لوله خلاء به صورت سه بعدی در شرایط پایا پرداخته شده است. جهت مدل¬سازی cfd و تولید شبکه به ترتیب از نرم¬افزارهای fluent و gambit استفاده شده است. جهت مدل-سازی جریان سیال آرام و تراکم¬ناپذیر در نظر گرفته شده است. از مدل do برای شبیه¬سازی تابش در کلکتور استفاده شده است. در این پژوهش اثر مشخصه¬های هندسی کلکتور شامل طول، قطر، چیدمان لوله ی u-شکل در کلکتور، هدایت حرارتی ماده پرکننده داخل کلکتور و نانوسیال های cuo-h2o، al2o3-h2o و tio2-h2o بر انتقال حرارت و راندمان کلکتور مورد بررسی قرار گرفته است. افزایش طول، قطر و هدایت حرارتی ماده پرکننده منجر به افزایش راندمان کلکتور می گردد. در بین چیدمان های مورد بررسی قرار گرفته، چیدمانی بیشترین راندمان را داراست که لوله ی u-شکل عمودی باشد و همچینین چیدمانی کمترین راندمان را دارد که لوله¬ی u شکل به صورت افقی قرار گرفته باشد. استفاده از نانوسیالات به عنوان محیط انتقال حرارت در ککلتور منجر به افزایش راندمان حرارتی ککلتور می¬گردد. بیشترین میزان افزایش راندمان حرارتی کلکتور مربوط به نانوسیال آب- اکسیدمس با 8/13 درصد افزایش نسبت به آب می باشد. نانوسیال آب- اکسیدمس به ترتیب حدود 3/1 و 5/1 درصد افزایش راندمان بیشتری نسبت به نانوسیالات آب- اکسید تیتانیوم و آب اکسیدآلومینیوم را نشان می دهد. با توجه به شدت کاهش ظرفیت حرارتی نانوسیال های مورد استفاده قرار گرفته، می توان ظرفیت حرارتی را عاملی مهم در افزایش راندمان کلکتورهای لوله خلاء خورشیدی دانست.