مد لسازي و شبيه سازي آبگرمكن هاي خورشيدي با استفاده نانوسيالات

Application of nanofluids for heat transfer enhancement in solar water heaters

تلاش پژوهشگران امروز به توسعه روش‌هاي بهبود انتقال گرما در دستگاه‌هاي تبادل گرمايي (مبدل‌ها) و بازيافت گرمايي است. از آن ميان روش‌هايي براي افزايش سطوح انتقال گرما در كمترين حجم, افزاينده‌هاي آشفتگي در جريان سيال (آشفته سازها)، تغيير هندسي بافلها و استفاده از نانوسيالات بيشترين توجه مهندسي را به خود معطوف داشته است. در اين مطالعه براي نخستين بار كاربرد نانوسيالات در يكي از سامانه‌هاي تبادل گرمايي خورشيدي مورد مطالعه قرار گرفته است. يكي از كاربردهاي انرژي خورشيدي استفاده از آن در سامانه‌هاي گرمايشي مانند آبگرمكن‌هاي خورشيدي است. در مطالعه پيش رو، سامانه آبگرمكن خورشيدي با استفاده از نانوسيالات بررسي شده است. به منظور مدل‌سازي از بسته نرم‌افزاري گمبيت نسخه 2.4.6 و از حلگر فلوئنت نسخه 17.2 به منظور محاسبات ديناميكي بهره گرفته شد. پخش‌كننده خورشيدي به صورت يك حلقه بسته غيرگردشي مدل‌سازي شده و جريان آرام و انتقال گرماي آن از نوع جابه‌جايي طبيعي است. مجموعه‌اي از سامانه آبگرمكن خورشيدي با نرم‌افزار ترنسيس نسخه 17 شبيه‌سازي و در دو شرايط آب و هوايي متفاوت مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان مي‌دهند كه مقدار افزايش دما در شرايط آب و هوايي سرد، نسبت به آب و هواي گرم بيشتر بوده است و افزايش دبي آب ورودي و سطح جمع‌آوري‌كننده، موجب افزايش دماي آب مصرف‌كننده شده است. با استفاده از نانوسيال مس، بازدهي آبگرمكن خورشيدي تا 67% افزايش پيدا مي‌كند، اين در حالي است كه نانوسيال آلومينيم اكسيد و مس اكسيد به ترتيب داراي بازده‌اي برابر با 53% و 57% است. از طرفي بازده اگزرژي نانوسيال با ذرات آلومينيم اكسيد بيشتر از مس محاسبه شده است.

In this study, techniques for heat transfer enhancement reviewed. Application of nanofluids was studied as a new technique for more energy saving and heat recovery. Transys version17 simulation was used for prediction of thermal efficiency of water and various nanofluids in a flat plate solar collector. Nano fluids that were used in this simulation analysis are copper oxide, copper, and alumina. The results show that the heat transfer and thermal efficiency of copper nanofluid are greater than other working fluids while the exergy efficiency of alumina is greater. Gambit 2.4.6 was used for our CFD calculation along with the Fluent version17.2. We used a model to numerically simulate the heat transfer. The governing equations and corresponding boundary conditions are converted to dimensionless forms and solved numerically by the finite element method. The results show that efficiency of copper is 67% and it is greater than alumina and copper oxide efficiency.