بهبود کارایی آب‌گرمکن‌های خورشیدی با استفاده از نانوسیال (مطالعه عددی و تجربی)

عملکرد مناسب کلکتور جذب مستقیم (حجمی) که در آن تابش خورشیدی مستقیما توسط محیط سیال دریافت می شود، باعث شده تحقیقات پیرامون این نوع کلکتور طی سالهای اخیر روند رو به رشدی داشته باشد. در این تحقیق، مطالعه عددی و تجربی برای بررسی کارایی کلکتورهای خورشیدی جذب مستقیم با استفاده از نانوسیال نانولوله کربنی و اکسیدمس در مخلوطی از آب و اتیلن گلیکول به عنوان سیال پایه، انجام شده است. در مرحله اول، پایداری نانوسیالهای تهیه شده بررسی و خواص ترموفیزیکی و تابشی آنها با استفاده از روشهای تجربی اندازه گیری گردید. سپس، با استفاده از خواص ترموفیزیکی و تابشی بدست آمده، کارکرد کلکتور و تاثیر پارامترهای مختلف مانند عمق کلکتور، دبی ورودی به آن، جزء حجمی و نوع نانوسیال بر کارایی کلکتور، با استفاده از مدل عددی دوبعدی بررسی گردید. جهت بررسی تجربی عملکرد کلکتور جذب مستقیم نانوسیال-بنیان، مدلی از این کلکتور، با هدف کاربری در آبگرمکن های خورشیدی خانگی طراحی و ساخته شد. علاوه بر این، به منظور مقایسه همزمان کارایی کلکتور جذب مستقیم و متداول، نمونه کلکتور متداول در ابعاد و شرایط کاملا مشابه کلکتور جذب مستقیم و به منظور بررسی کارایی این دو کلکتور، دستگاه آزمون کارایی براساس استاندارد EN 12975-2 طراحی و ساخته شده است. نتایج مدل سازی عددی نشان داد که کارایی کلکتور با افزایش عمق آن و جزءحجمی نانوسیال، ابتدا افزایش یافته و سپس رفتاری مجانبی از خود نشان می دهد. نتایج مطالعه تجربی نشان داد که در دبیkg⁄s025/0، کارایی کلکتورجذب مستقیم با استفاده از نانوسیال نانولوله کربنی نسبت به نانوسیال اکسیدمس (هر دو با جزءحجمی ppm100)، حدود 12% و نسبت به سیال پایه با سطح پایین جاذب، حدود 7/15% بالاتر است. علاوه بر این، کارایی بیشینه کلکتور جذب مستقیم در دبی ورودی kg⁄s02/0، با سیال پایه، حدود 7/4%، با استفاده از نانوسیال اکسیدمس، حدود 4/13% و با استفاده از نانوسیال نانولوله کربنی، حدود 23% بالاتر از کلکتور متداول است. براساس نتایج فوق، عملکرد کلکتور جذب مستقیم نانوسیال بنیان با هدف کاربری در آبگرمکن های خانگی، تحت شرایط کارکردی مشابه، بهتر از نوع متداول بوده و در صورتی که بتوان از نانوسیال پایدار به عنوان سیال عامل کلکتور جذب مستقیم بهره برد، می توان به کارایی بالاتری در تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی مفید دست یافت.

Keywords:

انرژی خورشیدی , کلکتور خورشیدی , جذب مستقیم , نانوسیال , خواص ترموفیزیکی , خواص تابشی