مدل سازي، آناليز حساسيت و بهينه سازي جمع‌كننده خورشيدي صفحه تخت با استفاده از الگوريتم ژنتيك با پارامترهاي حقيقي

Modeling, Sensitivity Analysis and Optimization of Flat Plate Solar Collector Using Real Parameter Genetic Algorithm (RPGA

در اين مقاله جمع‌كننده خورشيدي صفحه تخت مدل‌سازي و مدل به دست آمده اعتبار‌سنجي شده‌است. سپس به آناليز حساسيت براي سه دبي جرمي مختلف آب 0/1، 0/2 و Kg/S 0/3 پرداخته‌شده و تأثير تغيير ساختار لوله‌ها، مشخصات هندسي جمع‌كننده، ساختار جمع‌كننده و ضريب گسيل صفحه جاذب و ضريب گسيل پوشش شيشه‌اي بر روي بازده ترموديناميكي بررسي شده‌‌است. نتايج آناليز حساسيت نشان دادند كه مقدار بهينه‌اي براي برخي از پارامترهاي جمع‌كننده از جمله طول و عرض جمع‌كننده وجود دارد. به ‌منظور بيشينه‌سازي بازده جمع‌كننده، شش پارامتر طراحي شامل تعداد لوله‌ها، قطر لوله‌ها، طول جمع‌كننده، عرض جمع‌كننده، ضخامت عايق جانبي و ضخامت عايق تحتاني و همچنين سه قيد براي آهنگ انتقال گرماي منتقل شده به سيال به وسيله جمع‌كننده، نسبت ابعادي و اختلاف دماي سيال ورودي و خروجي جمع‌كننده به كار گرفته شده‌‌است. همچنين از الگوريتم ژنتيك با پارامترهاي حقيقي به‌ منظور به دست آوردن بازده بهينه جمع‌كننده استفاده شده‌است و نتايج طراحي بهينه به همراه پارامترهاي متناظر با آن ارائه شده‌است. نتايج بهينه‌سازي نشان مي‌دهند كه بهترين بازده ممكن در اين مورد 0/7362 مي‌باشد. سپس فرآيند بهينه‌سازي براي چهار دبي جرمي مختلف 0/1، 0/075، 0/050 و 0/025 صورت گرفته‌است

In this paper, flat plate solar collector is modeled and verified. Then, the sensitivity analysis for three different water mass flow rate including 0.1, 0.2 and 0.3 kg/s are performed and the effect of tubes size, geometrical characteristics of collector, collector structure and absorber plate emissivity and cover emissivity on the thermal efficiency are investigated. The results of sensitivity analysis revealed that by increasing the water mass flow rate the collector efficiency increases. Then optimization is performed by considering collector efficiency as objective function and by selection of seven design parameters including number of tubes, tubes diameter, collector length, collector width, edge insulation thickness and bottom insulation thickness and three constraints including the rate of heat transferred to the fluid by the collector, aspect ratio and fluid temperature difference in the inlet and outlet of the collector. To obtain the optimum value of collector efficiency, Real Parameter Genetic Algorithm (RPGA) is used and the results of optimum design parameters and objective function are presented. Optimizing results show that best possible efficiency is 0.7362. Finally, optimization process is done for three different mass flow rates and results are reported.