Skip to main content
SUPERVISOR
AliAkbar AlemRajabi,Seyed.Gholamreza Etemad
علی اکبر عالم رجبی (استاد راهنما) سیدغلامرضا اعتماد (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohsen Khoshnoudi
محسن خشنودی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Experimental Study of Direct Absorption Solar Collector Performance
After industrial revolution energy consumption increased sharply, so threat of energy shortages led scientists to find new sources of energy. During past decades, the price of fossil fuels has increased dramatically. Due to increasing and harmful effect of using fossil fuels on the environment, renewable energy, especially solar energy, should be given more attention than what has been given before. The use of concentrated sunlight as a thermal energy source for production of electricity promises to be one of the most viable options to replace fossil fuel power plants. However, the peak efficiencies of existing fossil fuel combined cycle power plants exceed 50% while those of concentrated solar power (CSP) plants are below 20%. Most concentrated solar thermal technologies today use receivers with absorbing surfaces to convert solar energy from its radiative form into thermal energy. Although surface-based receivers are efficient at solar to thermal conversion, the temperature difference leads to significant emissive losses. Alternatively, in a volumetric receiver design, concentrated solar radiation is directly absorbed and more uniformly distributed in the working fluid, which decreases the temperature difference between the collector and the fluid. One of the proposed ways to increase the efficiency of solar collectors with maintaining the simplicity of the system is direct absorption of solar energy by the bulk of fluid. This study at first presents the parabolic concentrator collectors of direct absorption to investigate the efficiency of the system containing deionized water and then the efficiency of the collector containing aluminum oxide nanofluid with a volume fraction of 0.1, 0.2 and 0.3%. With increasing volume fraction at low flow rates between 10-50 (L/hm 2 ), efficiency has an acceptable process but at higher flow rates, efficiency reduces greatly. Collector efficiency containing an aluminum oxide nanofluid with a volume fraction of 0.3% was evaluated at about 65%. Increasing volume fraction of nanoparticle increases the viscosity of nanofluid; wich would increase exponentially for aluminum oxide nanofluid. On the other hand using nanofluid with low volumetric concentrations has little effect on the pumping power of the cycle. As the volume fraction of nanofluid increases, the stability decrease and particles aggregate and deposit more quickly so must be searched for an optimal point. Investigations have shown that with increasing volume fraction more than 0.6% thermal properties of nanofluids did not increase while stability decreased greatly. Finally, for reducing heat losses and increasing the efficiency of the system some guidelines will be outlined. Key words : solar energy, parabolic collector, direct absorption, Al 2 O 3 nanofluid, efficiency
بعد از انقلاب صنعتی مصرف انرژی به شدت افزایش یافت، از این رو کمبود انرژی دانشمندان را به سمت یافتن منابع جدید انرژی سوق داد. در طی دهه های گذشته (1970 به بعد) قیمت سوخت های فسیلی به طور حیرت انگیزی افزایش داشته است. همچنین تاثیرات نامطلوب استفاده از سوخت های فسیلی بر روی محیط زیست، سبب شده است که انرژی های تجدیدپذیر بخصوص انرژی خورشید بیش از قبل مورد توجه واقع شود. از آنجاییکه این انرژی به وفور یافت می شود و هزینه های استفاده از آن نسبتا کم می باشد، این منبع انرژی به طور گسترده در دنیا مورد استفاده قرار گرفته است .استفاده از تابش متمرکز شده خورشید به عنوان یک منبع گرمایی عظیم می تواند جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی در واحدهای نیروگاهی باشد. البته هم اکنون بازدهی سوخت های فسیلی در نیروگاه های سیکل های ترکیبی بیش از 50 % است. این در حالی است که توان سیکل هایی که تابش متمرکز شده خورشید در آنها به عنوان منبع گرمایی استفاده می شود کمتر از 20 % است. امروزه اکثر سازوکارهای متمرکز کننده تابش خورشید از گیرنده هایی با صفحات جذب کننده برای تبدیل تابش خورشید به انرژی گرمایی بهره می برند. اگرچه کلکتورهایی که از نوع جذب سطحی هستند دارای سطوح مناسبی برای جذب تابش خورشید هستند ولی نحوه و عملکرد انتقال حرارت در آنها با افت زیادی همراه است. ولی در گیرنده های جذب حجمی تابش متمرکز شده به طور مستقیم جذب سیال شده و این تابش به طور یکنواخت تری در سیال توزیع می شود که این مسئله می تواند سبب کاهش اختلاف دمای بین سطح کلکتور و سیال عامل شود. یکی از شیوه های پیشنهاد شده برای افزایش بازدهی کلکتورهای خورشیدی در عین حفظ سادگی سیستم، جذب مستقیم انرژی خورشید توسط توده یا حجم سیال است .در این پژوهش در ابتدا با ارایه مدل سهموی شکل از کلکتورهای متمرکز کننده جذب مستقیم، به بررسی بازدهی سیستم با سیال آب مقطر پرداخته و سپس راندمان کلکتور حاوی نانوسیال اکسید آلومینیوم با جزء های حجمی 1/0 و 2/0 و 3/0 درصد بررسی و مقایسه می شود. با افزایش جزء حجمی نانوسیال بازده در دبی های بین 10 تا 50(L/hm 2 ) روند قابل قبولی دارد ولی در دبی های بیشتر بازدهی به شدت کاهش می یابد. بازدهی کلکتور با نانوسیال اکسید آلومینیوم با جزء حجمی3/0 % به حدود 65/0 می رسد. با افزایش جزء حجمی نانوسیال ویسکوزیته نانوسیال نیز افزایش می یابد، این افزایش در مورد نانوسیال اکسید آلومینیوم به صورت نمایی می باشد. همچنین استفاده از نانوسیال با غلظت های حجمی پایین تاثیر چندانی بر توان پمپاژ سیال داخل سیکل ندارد. هر چه میزان جزء حجمی نانوسیال افزایش یابد میزان پایداری آن کاهش می یابد و ذرات با سرعت بیشتری کلوخه و ته نشین می شوند و باید به یک نقطه بهینه رسید. در تحقیقات انجام شده آمده است که با افزایش جزء حجمی بیش از 6/0 % خواص حرارتی نانوسیال دیگر افزایش نیافته و ناپایداری نیز شدت پیدا می کند. در نهایت نیز راهکارهایی برای کاهش تلفات حرارتی و افزایش بازدهی سیستم ارائه می شود. کلمات کلیدی: انرژی خورشید، کلکتور سهموی، جذب مستقیم، نانوسیال اکسید آلومینیوم، بازدهی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی