کلکتور خورشیدی U-bend تخلیه شده، اعتبارسنجی عددی مقاله

توضیحات

شرح پروژه کلکتور خورشیدی U-bend تخلیه شده

کلکتور خورشیدی جسمی است که تابش خورشید را از خورشید جمع آوری و متمرکز می کند و آن را به انرژی گرمایی تبدیل می کند. این اجسام عمدتاً برای گرمایش خورشیدی فعال استفاده می شوند و امکان گرمایش آب را برای مصارف خانگی فراهم می کنند. این کلکتورها معمولاً بر روی سقف نصب می شوند و باید بسیار خوش ساخت و مقاوم باشند زیرا در معرض شرایط آب و هوایی مختلف قرار می گیرند. یکی از انواع محبوب کلکتورهای خورشیدی، کلکتور خورشیدی تخلیه شده U-bend است که اثرات ترکیبی یک پوشش سطحی بسیار انتخابی و عایق خلاء عنصر جاذب را فراهم می کند، در نتیجه راندمان استخراج گرما و دمای خروجی بالاتری نسبت به موارد برای کلکتور صفحه تخت در محدوده دمای عملیاتی گسترده فراهم می شود.

علاوه بر این، از آنجایی که کلکتور U-tube از یک لوله شیشه ای تخلیه شده استفاده می کند، کاهش راندمان کلکتور خورشیدی در دمای کاری بالا به دلیل تلفات حرارتی کم نسبتاً کم است.

در این پروژه، شبیه‌سازی سه‌بعدی یک کلکتور خورشیدی U-tube در حالی که تابش خورشید روی دیواره‌های لوله متمرکز است، با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) شبیه سازی شده و نتایج آن با یک مقاله معتبر عددی اعتبارسنجی شده است.  انرژی گرمایی به عنوان شار حرارتی یکنواخت در سراسر لوله در نظر گرفته می شود. دیواره لوله دارای ضخامت 0.5 میلی متر است که از مس ساخته شده است. گرما در اثر رسانایی از مس عبور می کند و سپس به دلیل پدیده همرفت وارد جریان می شود.

نتایج این شبیه سازی با مقاله” Effect of nanoparticle shape of Al2O3-Pure Water nanofluid on evacuated U-Tube solar collector efficiency ” اعتبار سنجی شده است.

هندسه این شبیه سازی یک  لوله سه بعدی است که قطر و طول آن به ترتیب 8 میلی متر و 3.8 متر است. این هندسه را با نرم افزار ANSYS Design Modeler ترسیم کرده ایم.  

برای مش بندی هندسه، از نرم افزار ANSYS Meshing استفاده کرده ایم. عناصر همگی چهار وجهی هستند و مرز لوله دارای یک لایه مرزی (Inflation) است. تعداد عناصر1645878 است.

روش های استفاده شده

معادله انرژی در این پروژه فعال شده است و با توجه به تراکم ناپذیری جریان، از حلگر فشار مبنا (Pressure-based Solver) استفاده شده است.اثرات نیروی جاذبه در این شبیه سازی درنظر گرفته شده است.

نتایج شبیه سازی کلکتور خورشیدی U-bend تخلیه شده

در پایان فرآیند حل، کانتورهای دوبعدی فشار، سرعت و دمای لوله به دست آمدند.  همانطور که آب از طریق لوله جریان می یابد، گرمای ناشی از شار حرارتی یکنواخت روی دیوار آن را گرم می کند بنابراین دمای خروجی بالاتر از ورودی خواهد بود. همانطور که در نتایج مشاهده می شود، میانگین عدد ناسلت کلکتور خورشیدی تخلیه شده U-bend به دست آمده و با نمودار مقاله مقایسه  شده اند. (نتیجه شبیه سازی : 4.86، نتیجه مقاله: 4.95)