ترجمه مقاله: Comparative performance assessment of different absorber tube geometries for parabolic trough solar collector using nanofluid

فایل زیر شامل

۱- عدد فایل ورد(قابل ویرایش) ترجمه مقاله (Comparative performance assessment of different absorber tube geometries for parabolic trough solar collector using nanofluid)به همراه فایل پی دی اف به تعداد ۲۴ صفحه است

(نوشته دارای نظم نگارشی و  فرمبندی کامل همچنین رفرنس نویس کامل است )

(مقاله با کیفیت عالی ترجمه شده ، اشکال و جداول ترجمه ندارد)

(مناسب برای تمام سطوح از کاردانی تا دکتری)

ارزیابی کارایی تطبیقی لوله های جاذب با هندسه های مختلف سهمیوی مجهز به نانوسیالات

چکیده انگلیسی

Comparative performance assessment of different absorber tube geometries for parabolic trough solar collector using nanofluid

Abstract

Parabolic trough collector is the most mature and widely deployed concentrated solar power technology with temperature ranging from 325 to 700 K. In this study, three different absorber tube geometries (smooth absorber tube, absorber tube with twisted tape insert and tube with longitudinal fins) of commercially available LS-2 collector are modeled and investigated using engineering equation solver. The objective of this study is to present a numerical comparative analysis of the available thermal enhancement techniques. Comprehensive energetic and exergetic performance of different tube geometry configurations using Al2O3/water as a heat transfer fluid has been compared to assess the nature of exergy destruction due to the fluid’s pressure, due to the heat transfer between sun and the receiver wall and due to the temperature difference between receiver wall and heat transfer fluid temperature. Furthermore, pure base fluid (water) along with the nanofluid is used to evaluate the system’s performance (thermal efficiency, exergetic efficiency, heat transfer coefficient, receiver temperature, pressure drop, pumping work demand and friction factor). Smooth absorber tube with pure base fluid is the reference case, while five cases (smooth tube with nanofluid, tube with pure water and fins inserted, tube with nanofluid and fins inserted, tube with pure water and twisted tape inserted, tube with nanofluid and twisted tape inserted) are investigated. Thermal efficiency of absorber tube with twisted tape insert and nanofluid is almost 72.26%, followed by tube with internal fins (72.10%), while smooth absorber tube has nearly 71.09%. Heat transfer coefficient of twisted tape inserted tube with nanofluid and longitudinal fins tube with nanofluid is greater than smooth absorber tube to almost 118.23% and 103.26%, respectively. The emphasis is also given to the pressure drop of the examined cases as it depends up on the friction factor of the absorber tubes. The use of nanofluid and twisted tape inserts leads to higher thermal enhancement, followed by the nanofluid and internal fins inserted tube. The nanoparticle concentration is also varied to investigate its effect on different performance parameters of the system.

 

چکیده

آبشخور جمع کننده سهموی کامل ترین و رایج ترین فن آوری استفاده از انرژی خورشیدی متمرکز با مقدار دمای ۳۲۵ تا ۷۰۰ درجه کلوین است. در این پژوهش، با استفاده از حل معادلات مهندسی، سه لوله جاذب متفاوت(لوله جاذب صاف، لوله جاذب با درج نوار پیچ خورده و لوله با پره های طولی) از جاذب های موجود در بازار LS-2، مدل سازی و بررسی شده اند. هدف از این مقاله ارایه ی یک تحلیل تطبیقی عددی با استفاده از تکنیک های موجود برای ارتقاء حرارت است. برای دریافتن علت کم شدن و تخریب اگزرژی ناشی از فشار سیال، انتقال گرما بین خورشید و دیواره گیرنده و اختلاف دمای بین دیواره گیرنده و سیال انتقال دهنده، عملکرد جامع انرژی و اگزرژی[۱] در لوله های جاذب با هندسه متفاوت با استفاده از آلومینیوم اکساید و آب به عنوان انتقال دهنده های گرما مقایسه شده اند. همچنین، از سیال پایه خالص(آب) همراه با نانوسیال برای ارزیابی عملکرد سیستم استفاده میشود (بازده گرمایی، بازده اگزرژی، ضریب انتقال گرما، دمای گیرنده، افت فشار، کار مورد نیاز پمپ و ضریب اصطکاک). لوله جاذب صاف، با سیال پایه خالص، مرجع اصلی است، در حالی که پنج مورد (لوله صاف با نانوسیال، لوله با آب خالص و پره های مندرج، لوله با نانوسیال و پره های مندرج، لوله با آب خالص و نوار پیچ خورده مندرج، لوله با نانوسیال و نوار پیچ خورده مندرج) بررسی شده اند. بازده گرمایی لوله جاذب با نوار پیچ خورده داخل آن و نانوسیال، تقریبا ۷۲٫۲۶% و همچنین بازده لوله با پره های داخلی ۷۲٫۱۰% است. در حالی که بازدهی گرمایی لوله جاذب صاف نزدیک به ۷۱٫۰۹% است. ضریب انتقال گرمای نوار پیچ خورده داخل لوله و لوله دارای پره طولی با نانوسیال، به ترتیب تقریبا ۱۱۸٫۲۳% و ۱۰۳٫۲۶% است که بیشتر از لوله جاذب صاف است. همچنین اهمیت افت فشار نمونه های آزمایش شده به این دلیل است که روی ضریب اصطکاک لوله های جاذب اثرگذار است. استفاده از نانوسیال و نوار پیچ خورده داخلی و همچنین نانوسیال و لوله با پره داخلی منجر به افزایش حرارت بیشتری میشوند. تغییرات غلظت نانوذرات نیز بر عملکرد پارامترهای مختف سیستم اثرگذار است.

 

مقدمه

به کارگیری انرژی خورشیدی مهمترین راه برای حل مشکلاتی است که  انرژی های تولید شده از سوزاندن سوخت های فسیلی بوجود آورده اند. CSP[2]ها بهترین فناوری برای رفع نیاز به انرژی،  گرمایش خانگی و صنعتی، تولید برق، سرمایش و فناوری مواد شیمیایی هستند. فناوری های CSP شامل بشقاب ذخیره کننده سهموی[۳](دیش)، آبشخور جمعکننده سهموی[۴] برج مرکزی با زمینه آیینه مقعر خورشیدی[۵] و لنز های Fresnel میشود. PTC گسترده ترین و قدیمی ترین فناوری در میان تمام فناوری های ذکر شده است که کاربردهای فراوانی نیز دارد. PTC میتواند با بازده گرمایی بالا و هزینه مناسب دما را به راحتی تا K800 برساند. در میان همه فناوری های CSP، فناوری آبشخور[۶] ذخیره کننده سهموی، کاملترین و رایج ترین آنان است. این فناوری، مقرون به صرفه است، حرارت آن ۳۲۵ تا ۷۰۰ درجه کلوین است و کاربرد های متفاوتی دارد. آبشخور ذخیره کننده سهموی از دو قسمت:ذخیره کننده خورشیدی سهمی شکل و یک لوله دریافت کننده توخالی تشکیل شده است و قابل اطمینان تر از دیگر ذخیره کننده های خورشیدی متمرکز است زیرا در این فناوری، اتلاف گرمای لوله توخالی نسبت به دیگر فناوری های وجود کمتر است. محققان زیادی هستند که تلاش های زیادی جهت بهبود انتقال حرارت در لوله جاذب انجام داده اند. این هدف میتواند با افزایش ضریب انتقال حرارت همرفتی و افزایش مساحت سطح همرفت حاصل شود. انتقال حرارت همرفت به مایع انتقال گرما بستگی دارد در حالیکه توربولاتورها یا تعدیل هایی که در مسیر جریان داخلی اتفاق میفتد با افزایش مساحت سطح لوله دریافت کننده همراه است. بیشترین مایعات انتقال حرارت در  PTC، روغن حرارتی، آب، نمک مذاب، سیال های عامل گازی هستند. استفاده از نیروگاه های تولید مستقیم بخار به دلیل نیاز به درجه حرارت بالاتر، کارکرد محدودی دارد. روغن های حرارتی میتوانند به عنوان یک مایع انتقال حرارت (HTF) در PTC استفاده شوند و همچنین میتوانند تا ۶۷۵ درجه کلوین عمل کنند اما آنها عملکزد حرارتی کمتری نسبت به سایر مایعات انتقال حرارت دارند. استفاده از نمک مذاب و گاز های فشرده در PTC روش جدیدی برای استفاده در درجه حرارت بالاتر است. نمک های مذاب معمولا نمک های نیترات هستند که به راحتی میتوانند تا ۷۵۵ درجه کلوین برسند. با این حال استفاده از آنها در هنگام کار به دلیل خطر یخ زدگی، زمانی که از دمای نقطه انجماد اطمینان نداریم از دمای ۳۷۳ تا ۵۰۵ درجه کلوین است. گار های فشرده، قادر به رسیدن به دماهای بالاتر هستند. مخصوصا s-CO2 خواص ترموفیزیکی بهتری در نزدیکی نقاط بحرانی دارد.

بسیاری از محققان استفاده از نانوسیالات در لوله های جاذب PTC را بررسی کرده اند. این مایعات انتقال گرما را میتوان با انتشار غیرذرات فلزی در سیال پایه تهیه کرد که این اصطلاح توسط چوی و ایستمن پیشنهاد شد. ارائه از Basbous و همکارانش. چهار عدد نانوسیال Syltherm پایه۸۰۰ مورد بررسی قرار گرفت و متوجه افزایش کافی انتقال حرارت شدیم. ارائه از Bellos و همکارانش. مدلسازی CFD  از PTC (لوله جاذب همگرا-واگرا) با استفاده از روغن حرارتی آلومینیوم اکساید بررسی شده است. نتایج نشان داد که افزایش راندمان حرکتی، ضریب انتقال حرارت و افت فشار تقریبا ۴٫۲۵% ،۱۱% و ۱۰% است. شبیه سازی عددی PTC از شش نانوسیال مختلف پایه آب توسط Coccia و همکارانش مورد بررسی قرار گرفت. روش دیگری که برای تقویت انتقال حرارت وجود دارد استفاده از توربولاتورها و تعدیل داخلی\پره خارجی لوله های جاذب در PTC است. استفاده از نوار پیچ خورده داخلی در جریان مسیر لوله جاذب، بهترین روش موجود برای تقویت انتقال حرارت است. ارائه توسط Ghadirijafarbeigloo و همکارانش. آزمایش عددی تاثیر نوار پیچیده داخلی Louvered در لوله دریافت کننده PCT با استفاده از روغن Behran به عنوان یک سیال انتقال حرارت بررسی شد. در این بررسی ضریب انتقال حرارت و افت فشار نسبت به نوار پیچیده داخلی به طرز چشمگیری افزایش یافت. ارائه از Jaramillo و همکارانش. برای بررسی عملکرد PTC با نوار پیچ خورده داخلی که از آب به عنوان یک مایع انتفال حرارت استفاده کرده،یک مدل ترمودینامیکی ایجاد شد. افزایش بازده گرمایی تقریبا ۲۵% را مشاهده کردیم. همچنین برخی دیگر از محققان برای بررسی تقویت انتقال حرارت از نوار پیچ خورده دندانه دار، نوار پیچ خورده که از دیوار جدا شده و سیم مارپیچ در لوله های PCT استفاده کردند. دیسک های متخلخل و حلقه ها در لوله های  PCTنیز به صورت عددی توسط محققان مورد بررسی قرار گرفت. تغییرات هندسه ی داخل لوله جاذب نیز موجب تقویت انتقال حرارت میشود اما نه به اندازه تغییر در نوار و… های میانی. اما افت فشار در حالت دوم کمتر بود. برخی محققان سعی کردند اصلاح لوله های جاذب را با استفاده از پره ها در قسمت پایین انجام دهند، همانطور که مطالعات روی پره های متخلخل و مفهوم ژنراتورهای حلقوی[۷] طولی انجام گرفت. نتایج آنها نشان داد که میزان افزایش انتقال حرارت بسیار کم بوده است. استفاده پره های طولی و پره های پیچدار[۸] پیرامون لوله های جاذب توسط Bellos و همکارانش (به ترتیب Munoz و Abanades) مورد بررسی قرار گرفت. هدف از پژوهش حاضر، بررسی افت فشار و تقویت انتقال حرارت در لوله های جاذب مختلف است که در آبشخورهای ذخیره کننده سهموی شکل قرار دارند. روش های تقویت حرارتی که با استفاده از توربولاتورها انجام شده اند در مسیر جریان ها اعمال میشوند. چنانکه ضریب انتقال حرارت بین جریان سیال و لوله جاذب را افزایش می دهند. به عبارت دیگر میتوان شدت تلاطم را با افزایش آمیختگی های سیال زیاد کرد چنانکه باعث

تقویت بیشتر رسانایی حرارتی سیالی میشود که حرارت را انتقال میدهد. روش دیگر برای افزایش ضریب انتقال حرارت، استفاده از نانوسیالات است. بنابراین، هدف اصلی ما گرفتن راندمان حرارتی بالاتر است که این هدف با فراهم کردن دمای گیرنده پایین تر و اتلاف گرمای کمتر حاصل میشود. با توجه به رسانندگی حرارتی و چگالی بالاتر در نانوسیالات در مقایسه با سیالات پایه، بهترین سیال برای هدایت گرما برای استفاده در آبشخورهای ذخیره کننده سهموی، نانوسیالات هستند. پژوهش حاضر، آلومینیوم اکساید، سیال پایه خالص(آب) و نانوسیالات آب پایه[۹] را به عنوان سیال های انتقال حرارت در لوله های جاذب درنظر گرفته است.

شکل۱:توضیحات شماتیک از  aیک لوله جاذب صاف،b  لوله جاذب با نوار پیچ خورده داخلی، c لوله جاذب با پره داخلی، d نمایش مقطعی دو بعدی از سیستم PTC

 

مواردی که در پژوهش حاضر بررسی میشوند به صورت زیر هستند:

 

مورد ۰ یا مرجع:لوله صاف با سیال پایه

مورد ۱:لوله صاف با نانوسیال

مورد ۲:لوله دارای پره های داخلی با سیال پایه

مورد ۳:لوله دارای پره های داخلی با نانوسیال

مورد ۴:لوله با نوار پیچ خورده داخلی همراه سیال پایه

مورد ۵:لوله با نوار پیچ خورده داخلی همراه نانوسیال

 

توضیحات سیستم

 

شکل a-c1 نمایانگر لوله های جاذب را به صورت طولی و مقطعی نشان میدهد(لوله های جاذب به ترتیب:صاف، لوله با نوار پیچ خورده داخل و ولوله با پره های پیچدار داخلی) که در آبشخور های ذخیره کننده سهموی استفاده میشوند. شکل ۱d نمای مقطعی دوبعدی از آبشخور ذخیره کننده خورشیدی است. پرتوهای خورشیدی بر صفحه ی رفلکس میتابند و به طرف لوله های جاذب بازتاب میشوند. گرما به سیال داخل لوله های جاذب منتقل میشود. مدل آبشخور سهموی که در پژوهش حاضر استفاده شده پس از جمع آوری آزمایشگاه ملی Sandia National Laboratory(SNED) LS-2 مدل سازی شده است و ابعاد در جدول ۱ داده شده اند. گیرنده با یک جاذب انتخابی پوشیده شده است و از مواد ضد زنگ و فولاد ساخته شده است.

 

تجزیه و تحلیل حرارتی و روش شناسی

 

در این بخش معادلات مفصل مورد استفاده برای تعادل انرژی و اگزرژی سیستم، مدل ریاضی ذخیره کننده سهموی با لوله های جاذب مختلف با استفاده از نانوسیال و سیال پایه مدلسازی شده اند. حل معادلات مهندسی بر اساس پارامتر های ذکر شده در جدول شماره ۱٫ فرضیات به شرح زیر است:

[۱] exergetic

[۲] نیروگاه های متمرکز خورشیدی

[۳] PDC

[۴] PTC

[۵] heliostat

[۶] trough

[۷] Vortex generators

[۸] fins helical

[۹] Water-based

 

 

35000 تومان – خرید
درباره این محصول نظر دهید !