بررسی عملکرد کلکتور هواگرمکن خورشیدی جدید با ترکیب بازچرخش خارجی جریان و زبری مصنوعی از نوع میلۀ منحنی‌شکل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

چالش انرژی و آلودگی محیط زیست، محققان را به استفادۀ بیشتر از انرژی خورشیدی وادار نموده است. در تحقیق حاضر، یک سیستم نوین کلکتور هواگرمکن خورشیدی با ترکیب زبری مصنوعی میلۀ منحنی‌شکل و بازچرخش خارجی جریان هوا ارائه و ارزیابی عملکرد آن در شرایط مختلف انجام شده است. مدل‌سازی با استفاده از معادلات بقای انرژی برای بخش‌های مختلف کلکتور انجام و با یک روش نیمه‌تحلیلی حل شده‌اند. صحت‌سنجی نتایج حاضر بیانگر دقت مناسب روش به‌کار برده‌شده است. نتایج حاضر نشان داد که سیستم ترکیبی جدید به‌طور مؤثری راندمان‌های انرژی و اگزرژی را در دبی‌های جرمی کمتر از حدود 04/0 kg/s را افزایش می‌دهد. همچنین در شرایط زبری ثابت و در دبی‌های کم، افزایش نسبت بازچرخش جریان تا حدود ۳، باعث افزایش عملکرد کلکتور شده اما در دبی‌های بالاتر از 06/0 kg/s و نسبت‌های بازچرخش بیشتر از 3، به‌سبب افت فشار زیاد، به‌رغم افزایش راندمان انرژی، راندمان اگزرژی به‌شدت کاهش پیدا کرده، به‌طوری‌که از حالت سیستم کلکتور ساده نیز کمتر می‌شود. افزایش شدت تابش خورشیدی باعث افزایش راندمان‌های انرژی و اگزرژی در سیستم جدید شده است. بررسی پارامترهای هندسی زبری مصنوعی، نشان داد که افزایش قطر میلۀ منحنی‌شکل، باعث بهبود عملکرد شده درحالی‌که تغییر زاویۀ انحنای میله تأثیر چندانی ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Goel, V., Hans, V.S., Singh S., Kumar R., Pathak S.K., Singla M., Bhattacharyya S., and Almatrafifh E., Gill R.S., Saini R.P., "A comprehensive study on the progressive development and applications of solar air heaters", Solar Energy, https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.07.040, 2021.
[2] Yeh, H.M., Ho, C.D., and Hou, J.Z., "Collector efficiency of double-flow solar air heaters with fins attached", Energy, Vol. 27, PP. 715–27, 2002. https://doi.org/10.1016/S0360-5442(02)00010-5
[3] Yeh, H.M., and Ho, C.D., "Solar air heaters with external recycle", Applied Thermal Engineering, Vol. 29, pp. 1694–1701, 2009. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.07.027
[4] Singh, I., and Singh, S., "A review of artificial roughness geometries employed in solar air heaters", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 92, pp. 405–425, 2018. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.04.108
[5] Prasad, B.N., and Saini, J.S., "Effect of artificial roughness on heat transfer and friction factor in a solar air heater", Solar Energy, Vol. 41 No. 6, pp. 555–560, 1988. https://doi.org/10.1016/0038-092X(88)90058-8
[6] Chaube, A., Sahoo, P.K., and Solanki, S.C., "Analysis of heat transfer augmentation and flow characteristics due to rib roughness over absorber plate of a solar air heater", Renew Energy, Vol. 31, pp. 317–331, 2006. https://doi.org/10.1016/j.renene.2005.01.012
[7] Karwa, R., and Chauhan, K., "Performance evaluation of solar air heaters having v-down discrete rib roughness on the absorber plate", Energy, Vol. 35, pp. 398–409, 2010. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.10.007
[8] Aharwal, K.R., Gandhi, B.K., and Saini, J.S., "Heat transfer and friction characteristics of solar air heater ducts having integral inclined discrete ribs on absorber plate", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 52, pp. 5970–5977, 2009. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.05.032
[9] Saini, S.K., and Saini, R.P., "Development of correlations for Nusselt number and friction factor for solar air heater with roughened duct having arc-shaped wire as artificial roughness". Solar Energy, Vol. 82, No. 12, pp. 1118–1130, 2008. https://doi.org/10.1016/j.solener.2008.05.010
[10] Yeh, H.M., and Ho, C.D., "Effect of external recycle on the performances of flat-plate solar air heaters with internal fins attached", Renewable Energy, Vol. 34, pp. 1340–1347, 2009. https://doi.org/10.1016/j.renene.2008.09.005
[11] Yeh, H.M., and Ho, C.D., "Solar air heaters with external recycle", Applied Thermal Engineering, Vol. 29, pp. 1694–1701, 2009. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.07.027
[12] Mohammadi, K., and Sabzpooshani, M., "Appraising the performance of a baffled solar air heater with external recycle", Energy Conversion and Management, Vol. 88, pp. 239-250, 2014. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.08.009
[13] Ahmadkhani, A., Sadeghi, Gh., and Safarzadeh, H., "An in depth evaluation of matrix, external upstream and downstream recycles on a double pass flat plate solar air heater efficacy", Thermal Science and Engineering Progress Vol. 21, pp. 100789, 2021. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2020.100789
[14] Saini, RP, and Verma, J, "Heat transfer and friction factor correlations for a duct having dimple-shape artificial roughness for solar air heaters", Energy Vol. 33, pp. 1277–1287, 2008. https://doi.org/10.1016/j.energy.2008.02.017
[15] Singh, I., and Sing, S., "A review of artificial roughness geometries employed in solar air heaters", Renewable and Sustainable Energy Reviews Vol. 92, pp. 405-425, 2018. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.04.108
[16] Raminder, S.G., Vishavjeet, S.H., and Rupinder PS, "Optimization of artificial roughness parameters in a solar air heater duct roughened with hybrid ribs", Applied Thermal Engineering Vol. 19, pp. 1-12, 2021. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.116871