عنوان پایان‌نامه
بررسی عملکرد انتقال حرارت در مجموعه مبدل- کلکتور خورشیدی با استفاده از نانو سیال
- رشته تحصیلی
- مهندسی انرژیهای جدید پذیر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64992;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 132
- تاریخ دفاع
- ۱۴ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- سمانه دویران
- استاد راهنما
- علی بخش کسائیان
- چکیده
- در این تحقیق، پایلوت کلکتور سهموی خورشیدی و مطالعه¬ی عملکرد حرارتی سیستم در جهت افزایش بازده با استفاده از نانوسیال در مقیاس تحقیقاتی طراحی و ساخته شد. نمونه های نانوسیال با پایه¬ی روغن های حرارتی حاوی نانوذرات کربنی و سیلیکا به منظور انتخاب حالت مناسب تهیه و ارزیابی شدند. در ادامه، رفتار حرارتی جریان در لوله جاذب کلکتور سهموی در شرایط استفاده از نانوسیال بررسی گردید. نانوذرات کربنی بدلیل ضریب هدایت حرارتی بالا در چند ساختار لوله¬ای چند جداره، لوله¬ای تک جداره، ورقه¬ای، کروی و متخلخل مورد بررسی قرار گرفتند. هم¬چنین، نانوذرات سیلیکا بدلیل ظرفیت حرارتی بالا در سه حالت کروی، استوانه-ای و ترکیبی سیلیکا- لوله¬ای کربنی جهت مطالعه¬ی خواص ترموفیزیکی انتخاب شدند. نتایج این بخش نشان داد، نانوکربن متخلخل و نانوذرات ترکیبی کربن– سیلیکا بیشترین میزان ظرفیت حرارتی را داشتند؛ بگونه¬ای که ساختار متخلخل کربن، به میزان 217 درصد نسبت به ساختار لوله¬ای چند جداره افزایش ظرفیت حرارتی داشته است. هم¬چنین، ضریب هدایت حرارتی نانوسیالات حاوی 8/0 درصد غلظت وزنی نانوکربن متخلخل و نانولوله ¬کربنی چند جداره، به ترتیب به مقدار 15 و 9 درصد افزایش داشته است. در نتیجه، نانوکربن متخلخل به عنوان ساختار جدیدی از نانوکربن که خواص حرارتی آن افزایش چشمگیری نسبت به سایر ساختارهای کربنی داشته، بعنوان نانوذره¬ای با پتانسیل بالا در کاربردهای سیستم¬های حرارتی و ذخیره-سازی انرژی خورشیدی معرفی می¬گردد. با این حال، بدلیل بهم پیوستگی و تجمع بیشتر نانوذرات متخلخل، از نانولوله¬های کربنی چند جداره در پایلوت استفاده گردید. خواص حرارتی، اپتیکی و ریزساختار پوشش¬های مرسوم کروم سیاه، نیکل سیاه و رنگ مشکی در پایلوت کلکتور سهموی بررسی گردید. نتایج تست نشان دادند لوله جاذب از نوع مس و با پوشش کروم سیاه، بیشترین میزان جذب معادل با 98/0 و بالاترین رسانایی حرارتی داشته است. بازده اپتیکی و حرارتی پایلوت ساخته شده، مطابق با استاندارد ASHRAE 93-2010، در حالت استفاده از لوله جاذب مسی خلا (معادل با 7-10 × 7 بار)، به ترتیب دارای مقادیر بیشینه 61/0 و 68/0 بوده است. رفتار حرارتی جریان داخل لوله جاذب در حالت تست آزمایشگاهی، تحت شرایط مرزی شار حرارتی غیریکنواخت ثابت و از نوع انتقال حرارت ترکیبی اجباری - آزاد مورد بررسی قرار گرفت. هم¬چنین نوع جریان، آرام در محدوده¬ی رینولدز پایین، توسعه¬یافته¬ی هیدرودینامیکی و در حال توسعه¬ی حرارتی شناسایی شد. نتایج به دست آمده در سیستم پایلوت نشان داد، استفاده از نانوسیال با پایه¬ی روغن معدنی حاوی نانولوله¬های کربنی چند جداره در غلظت¬های وزنی 2/0 و 3/0 درصد، منجربه افزایش 28 و 34 درصدی ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی در لوله جاذب کلکتور می¬شود. مشاهده می¬شود، علیرغم افزایش ناچیز ضریب هدایت حرارتی در غلظت¬های اشاره شده، انتقال حرارت جابجایی افزایش قابل ملاحظه¬ای داشته است. واژه‌های کلیدی: کلکتور سهموی خورشیدی، جریان ترکیبی اجباری-آزاد، نانوسیال پایه روغنی، نانوکربن متخلخل
- Abstract
- The goal of the present project has been to make the pilot of the solar-parabolic collector and to study the performance of system using nanofluid. Therefore, a setup of this system was designed and constructed in the scale of research pilot. The nanofluid samples with thermal oil base fluid including carbon nano particles and silica were provided and characterized. Additionally, thermal behavior in the absorber tube of the parabolic collector was investigated using nanofluid. The carbon nano particles were studied in several structures such as multi-wall tube structure, single walled tube structure, sheet, ball and carbon nano porous due to their high thermal conductivity coefficient. In addition, Silica Nano particles were chosen to study the thermo physical properties due to their high thermal capacity in the three states of ball, tube and hybrid CNT- Silica. The results of this part showed that carbon nano porous and the hybrid carbon-silica nano particles had the highest amount of the thermal capacity, in a way that the carbon nano porous structure has had 217% thermal capacity increase in comparison to the multi-wall tube structure. Also, the thermal conductivity coefficient of the nanofluid containing 0.8% (in weight) carbon nano porous and multi walled CNT has had respectively 15 and 9 % increase. Consequently, carbon nano porous as a new structure of carbon nano particle whose thermal properties had significant increase in comparison to the other carbon structures, is introduces as a nano particle with a high potential in thermal and solar energy storage systems. However, because of the high agglomeration and clustering of the carbon nano porous particles, multi-walled carbon nano tube was used in the pilot. In the thermal and optical characters and the SEM images of coating black chrome, black nickel were investigated. The test results showed that the copper absorber tube with black chrome coating has had the highest amount of absorbency of 0.98 and the highest thermal conductivity. The optical and thermal outcome of the made pilot has been respectively 0.61 and 0.68 according to the standard ASHRAE 93-2010 in using vacuum copper absorber tube. The thermal behavior of the flow inside the absorber tube – in the laboratory testing- was investigated under non uniform heat flux condition and the mixed convection. Additionally, the type of the fluid was identified as laminar in the range of low Reynolds, developed hydro dynamical and thermal developing condition. The test results of the pilot system showed that using nanofluid with the mineral base fluid including multi walled CNT with the weight fraction of 0.2 and 0.3%, resulted in 28 and 345% increase in the thermal conductivity coefficient of the collector’s absorber tube. In spite of the insignificant increase of the thermal conductivity coefficient in the mentioned densities, it has been found that the convection heat transfer has had a significant increase. Key Words: solar parabolic trough collector, mixed convection, nanofluid, carbon nano porous (CNP)
