تحلیل عددی تأثیر کاربرد نانوسیالات بعنوان سیال عامل در کلکتورهای  خورشیدی سهموی

 

فهرست مطالب

عنوان …………………………………………………………………………………………………………صفحه

فهرست مطالب …………………………………………………………………………………………………. خ

فهرست اشکال ………………………………………………………………………………………………….. ز

فهرست جداول ………………………………………………………………………………………………… س

فهرست نمادها …………………………………………………………………………………………………. ش

چکیده …………………………………………………………………………………………………………. ص

فصل اول: مقدمه …………………………………………………………………………………………………. 1

1-1 پیشگفتار …………………………………………………………………………………………………….. 1

2-1 هدف و موضوع تحقیق حاضر ……………………………………………………………………………….2

3-1 روش انجام تحقیق حاضر ………………………………………………………………………………….. 2

1-4 کاربرد انرژی خورشیدی و کلکتور خورشیدی سهموی………………………………… …………………. 2

1-5 مبانی افزایش انتقال حرارت ………………………………………………………………………………… 4

1-6 روش‌های افزایش انتقال حرارت ………………………………………………………………………………. 5

1-6-1 روش‌های فعال …………………………………………………………………………………………… 5

1-6-2 روش‌های غیر فعال ………………………………………………………………………………………… 5

1-7 مروری بر فصول ……………………………………………………………………………………………………….6

فصل دوم: مروری بر کارهای انجام شده ………………………………………………………………………… 8

2-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………….. 8

2-2 نانوسیال …………………………………………………………………………………………………….. 9

2-3 خواص ترموفیزیکی نانوسیالات …………………………………………………………………………. 10

2-3-1 ظرفیت حرارتی نانوسیالات ……………………………………………………………………………. 10

2-3-2 چگالی نانوسیالات ………………………………………………………………………………………12

2-3-3 ضریب بسط گرمایی نانوسیالات ………………………………………………………………………..14

2-3-4 ویسکوزیته دینامیکی نانوسیالات ………………………………………………………………………..15

2-3-5 رسانش گرمایی نانوسیالات ……………………………………………………………………………..19

2-4 مکانیسم‌های بالقوه افزایش ضریب رسانش گرمایی در نانوسیالات ……………………………………….21

2-4-1 رسانش ناشی از حرکت براونی …………………………………………………………………………21

2-4-2 تئوری کو ……………………………………………………………………………………………….22

2-4-3 تئوری هیو و لی ………………………………………………………………………………………..23

2-4-4 تئوری کینگ زونسو ……………………………………………………………………………………24

2-4-5 تئوری یو و چوی ………………………………………………………………………………………25

2-4-6 تئوری پتل ……………………………………………………………………………………………..25

2-4-7 تئوری وانگ ……………………………………………………………………………………………26

2-5 تأثیر خوشه شدن نانوذرات ……………………………………………………………………………….29

2-6 کارهای انجام شده در زمینه جریان نانوسیالات درون لوله و کانال‌ها …………………………………….29

فصل سوم: تحلیل جریان داخلی …………………………………………………………………………….. 39

3-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………..39

3-2 سرعت متوسط و دمای متوسط……………………………………………………………………………40

3-3 تحلیل حرارت کلی………………………………………………………………………………………..42

3-3-1 شار حرارتی سطح ثابت………………………………………………………………………………..43

3-4 پروفیل دما و عدد ناسلت………………………………………………………………………………….45

3-4-1 شار حرارتی ثابت سطح ………………………………………………………………………………..47

فصل چهارم: تحلیل کلکتور خورشیدی سهموی ………………………………………………………………49

4-1 سهمی ……………………………………………………………………………………………………..49

4-2 بازتاب پرتوهای موازی …………………………………………………………………………………..54

4-3 نسبت تمرکز ………………………………………………………………………………………………57

فصل پنجم: مدلسازی و حل عددی مسئله …………………………………………………………………….58

5-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………..58

5-2 شرح مدل و فرضیات …………………………………………………………………………………….59

5-3 لولۀ دریافت کننده ………………………………………………………………………………………..59

5-4 حل مسئله ………………………………………………………………………………………………..60

5-4-1 اعمال موازنه انرژی …………………………………………………………………………………….62

5-5 نرم افزار EES ……………………………………………………………………………………………65

فصل ششم: ارائه و تحلیل نتایج ……………………………………………………………………………….67

6-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………..67

6-2 اعتبار سنجی نتایج ………………………………………………………………………………………..68

6-3 تأثیر تغییرات غلظت حجمی بر خواص ترموفیزیکی نانوسیال …………………………………………..70

6-4 تأثیر تغییرات دما بر خواص ترموفیزیکی نانوسیال ………………………………………………………..72

6-5 تأثیر تغییرات اندازه قطر نانوذره بر خواص ترموفیزیکی نانوسیال …………………………………………73

6-6 نتایج عددی ………………………………………………………………………………………………..74

6-6-1 نتایج حاصل از استفاده از نانوسیال در طول و اندازۀ کلکتور خورشیدی سهموی ………………………74

6-6-2 نتایج حاصل از تغییر زاویۀ لبه کلکتور و غلظت حجمی نانوسیال بر اندازۀ کلکتور …………………….75

6-6-3 نتایج حاصل از تغییر غلظت حجمی نانوسیال بر دمای سیال خروجی از لولۀ دریافت کننده …………..77

6-7 بازده کلکتور خورشیدی سهموی …………………………………………………………………………78

6-8 جمع بندی ………………………………………………………………………………………………..79

6-9 پیشنهادات ………………………………………………………………………………………………..80

چکیده انگلیسی ……………………………………………………………………………………………….81

مراجع ………………………………………………………………………………………………………….82

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست اشکال

 

شکل 2-1 .مقایسه ظرفیت گرمایی نانوسیال -آب به دست آمده از معادلات 1-2 و 2-2 ………………………………11

شکل 2-2 . تأثیر غلظت حجمی بر روی چگالی نانوسیال -آب در دمای اتاق …………………………………………….13

شکل 2-3 . تأثیر غلظت حجمی بر روی چگالی نانوسیال -آب در دماهای مختلف …………………………………….13

شکل 2-4 . تأثیر غلظت حجمی بر روی ضریب بسط گرمایی نانوسیال -آب در دمای اتاق …………………………15

شکل 2-5 . تأثیر دما بر روی ضریب بسط گرمایی نانوسیال -آب در دمای اتاق …………………………………………15

شکل 3-1 .پروفیل سرعت واقعی و ایده‌آل برای جریان درون لوله (نرخ جریان جرمی در هر در حالت یکسان است)..42

شکل 3-2 .پروفیل دمای واقعی و ایده‌آل برای جریان درون لوله (نرخ انتقال انرژی برای هر دو مورد یکسان است …..43

شکل 3-3 . انتقال حرارت به سیال در حال جریان درون لوله برابر است با افزایش انرژی سیال ………………………………42

شکل 3-4 .تغییرات دمای سطح لوله و دمای متوسط سیال در امتداد لوله در مورد شار حرارتی سطحی ثابت ……………44

شکل 3-5 .موازنه انرژی برای یک حجم کنترل دیفرانسیلی در لوله …………………………………………………………………….44

شکل 3-6 .المان حجمی دیفرانسیلی مورد استفاده در استخراج رابطۀ موازنه انرژی ……………………………………………….46

شکل 4-1 .منحنی سهمی ………………………………………………………………………………………………………………………………50

شکل 4-2 .قسمتی از سهمی با کانون و قطر دهانه یکسان …………………………………………………………….52

شکل 4-3.بازتاب یک پرتو نور از آینه سهموی ……………………………………………………………………….55

شکل 5-1 .شبکه منظم نقاط در طراحی کلکتور سهموی خطی ……………………………………………………….60

شکل 5-2.نمای دو بعدی کلکتور سهموی خطی………………………………………………………………………61

شکل 5-3.نمای انرژی وارده به لوله دریافت کننده…………………………………………………………………….62

شکل 6-1 .تغییرات رسانش گرمایی نانوسیال با غلظت حجمی……………………………………………………….71

شکل 6-2 .تغییرات ظرفیت گرمای ویژه نانوسیال با غلظت حجمی…………………………………………………..71

شکل 6-3 .تغییرات ویسکوزیته دینامیکی نانوسیال با غلظت حجمی …………………………………………………71

شکل 6-4.تغییرات رسانش گرمایی نانوسیال با دما……………………………………………………………………72

شکل 6-5.تغییرات ظرفیت گرمای ویژه نانوسیال با دما ………………………………………………………………73

شکل 6-6.تغییرات ویسکوزیته دینامیکی نانوسیال با دما………………………………………………………………73

شکل 6-7.تغییرات رسانش گرمایی نانوسیال با قطر نانوذره…………………………………………………………..74

فهرست جداول

جدول 2-1. ضرائب معادله 13-2 ………………………………………………………………………………………………………………… 17

جدول 2-2. روابط تئوری ویسکوزیته دینامیکی نانوسیالات استفاده شده در مطالعات اخیر ……………………………………18

جدول 2-3. روابط هدایت گرمایی در مطالعات اخیر ……………………………………………………………………………………….27

جدول 2-4. افزایش دما، افت فشار و قدرت پمپ برای شرایط جریانی مختلف نانوسیالات ………………………………….37

جدول 6-1 .خواص ترموفیزیکی با قطر نانوذره  ………………………………………………………………………68

جدول 6-2 .خواص ترموفیزیکی نانوسیال در غلظت‌های حجمی و قطرهای مختلف نانوذره …………………………………69

جدول 6-3.تغییر طول لوله دریافت کننده با غلظت حجمی ………………………………………………………………………………75

جدول 6-4 .تغییر طول لولۀ دریافت کننده با زاویه لبه کلکتور و غلظت حجمی نانوسیال…………………………………….. 76

جدول 6-5 .تأثیر تغییر غلظت حجمی نانوسیال بر دمای سیال خروجی از لولۀ دریافت کننده………………………………..77

جدول 6-6 .درصد افزایش بازده کلکتور خورشیدی سهموی نسبت به سیال پایه آب…………………………………………..78

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست نمادها

 

نمادهای لاتین A       مساحت      نسبت تمرکز هندسی     ظرفیت گرمایی ویژه،      قطر لوله دریافت کننده،      قطر مولکول سیال پایه     قطر نانوذره،      فاصله کانونی کلکتور سهموی خطی ،       ضریب انتقال حرارت جابجایی،       ضریب رسانش گرمایی،     ثابت بولتزمن      طول لوله دریافت کننده،      جرم      دبی جرمی،    عدد ناسلت     عدد پکلت      عدد پرانتل     عدد رینولدز       دما،      سرعت،     عرض دهانه کلکتور سهموی خطی ، علائم یونانی          ضریب پخش گرمایی        ویسکوزیته دینامیکی،           حجم ویژه       چگالی،        غلظت حجمی نانوسیال   زاویه لبه کلکتور سهموی خطی زیرنویس      میانگین          سطح مقطع        خروجی        سیال پایه          هیدرودینامیکی         ورودی       متوسط      نانوسیال       نانوذره        لوله دریافت کننده        حرارتی