Skip to main content
SUPERVISOR
AliAkbar AlemRajabi,Ahmad Saboonchi
علی اکبر عالم رجبی (استاد راهنما) احمد صابونچی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Nader Zarrin
نادر زرین

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Theoretical Investigation of Nanofluid Parameters on Direct Absorption Solar Collectors
Solar energy is almost an interminable source that can supply the required energy of the world. The cheapness and renewability of this unlimited energy source have led to research activities in order to develop new techniques for using it. Meanwhile by the emergence of nanofluids which are suspension of nanoparticles in base liquids, new class of solar collectors known as direct absorption solar collectors has emerged. In these collectors nanofluid which is directly exposed to sun rays serve as both the absorbent and the carrier medium. The sun rays are absorbed by the nanofluid and are converted to heat which is then conveyed away by the fluid flow. So far only few aspects of direct absorption solar collectors have been studied. The goal of the present research is to investigate the parameters affecting the efficiency of these collectors. The key step in modeling the direct absorption is estimation of the nonofluids extinction coefficient. First, the extinction coefficients of nanofluids are calculated by using three different theories, i.e. Rayleigh, Mie, and Maxwell-Garnett theories. However, comparison of the results with experimental one’s shows that the Mie theory is the best one among the three theories for estimation of extinction coefficient. In order to calculate the efficiency of a direct absorption collector, one needs to solve the two-dimensional energy equation and one-dimensional radiative transfer equation. Effect of various parameters on the efficiency of a direct absorption solar collector is then evaluated. The parameters whose effects are investigated are: diameter of nonoparticles, volume fraction of nanoparticles, collector geometry, transmissivity of the glass cover, and effect of installing an ideal reflector at the bottom of the collector. Also effect of base fluid on the collector performance is investigated. The results show that increase in the nanoparticle diameter increases the efficiency moderately. By increasing the volume fraction of nanoparticles, the collector efficiency grows rapidly at first, and then remains constant. Increasing the length of the collector has less impact on the collector efficiency than its height. The higher the glass transmissivity, the higher is the efficiency. Using an ideal reflector at the bottom of the collector is a suitable way to reduce the cost of the collector. The results show that the collector height is a key parameter to the collector efficiency, because as the collector height and depth of nanofluid increases, sun rays are absorbed more efficiently. Also effects of four different base fluids, i.e. water, ethylene glycol, propylene glycol, and Trminol (VP-1), on the collector efficiency is investigated. Keywords: direct absorption solar collector, extinction cofficient, nanofluid, Mie Theory, Rayleigh Theory, Maxwell-Garnett Theory
خورشید منبعی است تقریبا تمام نشدنی که می‌تواند متضمن انرژی مورد نیاز جهان باشد. وجود این انرژی ارزان و نامحدود بر گستره فعالیت‌های اکتشافی این حوزه افزوده است تا با گسترش تکنولوژیهای نوین، راهکارهای جدیدی برای بهره‌گیری از منابع خورشیدی ارائه شود. در این میان ظهور نانوسیالات یا سوسپانسیون نانوذرات- مایع، دسته جدیدی از کلکتورهای خورشیدی مبتنی بر نانوسیال‌ها را ایجاد کرده است که به کلکتورهای خورشیدی جذب مستقیم شناخته می‌شوند. در طرح‌های جدید، کلکتورهای جذب مستقیم از نانوسیال به عنوان محیط جاذب استفاده می‌شود. در این پژوهش هدف ما بررسی پارامترهای موثر بر بازده این کلکتورها می باشد. یکی از قدم های مهم در این پایان نامه ارائه مدلی برای محاسبه ضریب اطفاء نانوسیال می باشد ابتدا با ارائه سه تئوری رایلی، مای و ماکسول -گارنت، ضریب اطفاء نانوسیالهای مختلف محاسبه شد در نهایت با مقایسه هر سه تئوری نتایج نشان داد که تئوری مای از دقت بالاتری نسبت به دو تئوری دیگر در پیش بینی ضریب اطفاء نانوسیال برخوردار است. در ادامه با حل دوبعدی معادله انرژی و حل یک بعدی معادله انتقال تابشی مدلی برای محاسبه بازده کلکتور خورشیدی جذب مستقیم ارائه شد و تاثیر پارامتر های مختلفی مانند قطر، جزءحجمی نانوذرات، مشخصات هندسی کلکتور، ضریب عبور پوشش شیشه ای، تاثیر استفاده از بازتابنده ایده ال در کف کلکتور و نوع سیال پایه بر بازده بررسی شد. نتایج نشان داد با افزایش قطر ذرات بازده افزایش می یابد اما این افزایش زیاد نیست. با افزایش جزءحجمی نانوذرات بازده کلکتور در ابتدا رشد سریعی خواهد داشت سپس ثابت می ماند. افزایش طول کلکتور کمترین تاثیر را بر بازده کلکتور دارد. هرچه ضریب عبور شیشه بالاتر باشد راندمان بیشتر و استفاده از بازتابنده ایده‌آل در کف کلکتور روش مناسبی به منظور کاهش هزینه تمام شده کلکتور با حداقل ارتفاع می باشد. نتایج نشان داد تاثیر افزایش ارتفاع کلکتور یکی از پارامتر های مهم بر راندمان کلکتور است زیرا افزایش ضخامت لایه نانوسیال باعث جذب بیشتر و افزایش راندمان می شود. همچنین در بررسی نوع سیال پایه از چهار سیال پایه (آب، اتیلن گلیکول، پروپیلن گلیکول و ترمینول VP-1)، بسته به محدوده دمای کارکرد کلکتور استفاده شد. نتایج نشان داد آب بهترین جاذب نور خورشید می باشد که می توان از آن در کلکتورهای خورشیدی جذب مستقیم با دمای پایین مانند آبگرم کن های خورشیدی استفاده کرد. از طرفی در این پژوهش روش جدیدی برای محاسبه ضریب اطفاء مخلوط آب – اتیلن گلیکول براساس تئوری ماکسول- گارنت ارائه شده است که در کلکتورهای خورشیدی جذب مستقیم دما پایین جایگزینی مناسبی برای آب براساس شرایط آب و هوای هر منطقه می باشد. در نهایت از مقایسه این کلکتورها با کلکتورهای صفحه تخت معمولی افزایش تقریبا 10 درصدی در بازده مشاهده شد. کلمات کلیدی: کلکتور خورشیدی جذب مستقیم، ضریب اطفاء نانوسیال، تئوری مای، تئوری رایلی، تئوری ماکسول گارنت، ضریب اطفاء آب اتیلن گلیکول

ارتقاء امنیت وب با وف بومی