تعيين بازده انرژي و اگزرژي كلكتور خورشيدي صفحۀ تخت عمل‌كننده تحت جريان آشفتۀ نانوسيال با نانوذرات دي‌سولفيد موليبدن در موفولوژي‌هاي مختلف براي مناطق گرمسيري ايران

Determination of Energy Efficiency and Exergy of Solar Collector Bed, Operating Plate under Turbulent Nanoscale Flow with Molybdenum Disulfide Nanoparticles in Different Morphologies for Tropical Regions of Iran

در اين مطالعه به بررسي آناليز انرژي و اگزرژي يك كلكتور خورشيدي صفحه‌تخت كه در جزيرۀ ابوموسي (خليج فارس) در استان هرمزگان (منطقۀ گرمسيري) قرار گرفته است، پرداخته مي‌شود. هدف از انجام اين مطالعه بررسي اثر شكل نانوذرات دي‌سولفيد موليبدن (MoS2) براي چهار شكل مختلف از نانوذرات (تيغه‌اي، صفحه‌اي، آجري و استوانه‌اي) بر انتقال حرارت و توليد آنتروپي است. نتايج خروجي شامل عدد ناسلت متوسط، دماي سيال خروجي، افت فشار، ضريب اصطكاك، ضريب عملكرد هيدروليكي حرارتي (PEC) و توليد آنتروپي براي شكل‌هاي مختلف نانوذرات و كسر حجمي صفر تا 4% از نانوذرات در جريان آشفته با دبي‌هاي جرمي 0/5 و 0/75 كيلوگرم بر ثانيه ارائه شده است. بر اساس نتايج به‌دست‌آمده و با توجه به معيار ارزيابي علمكرد هيدروليكي حرارتي، بهترين حالت در دبي جرمي 0/5 كيلوگرم بر ثانيه مربوط به نانوذرۀ آجري، در كسر حجمي 3% مي‌باشد كه مقدار آن 1/269 است؛ درحالي‌كه در دبي جرمي 0/75 كيلوگرم بر ثانيه بهترين حالت مربوط به نانوذرات آجري، در كسرحجمي 4% است و مقدار آن 1/182 مي‌باشد. همچنين براي جريان با دبي جرمي 0/5 كيلوگرم بر ثانيه افزودن نانوذرۀ آجري و تيغه‌اي به سيال پايه از نظر بهبود بازده اگزرژي اثري ندارد. اين در حالي است كه براي جريان با دبي جرمي 0/75 كيلوگرم بر ثانيه استفاده از كسر حجمي 1 تا 4% از نانوذرات آجري و تيغه‌اي مي‌توانند سرعت توليد آنتروپي را به‌اندازۀ 8% در مقايسه با سيال پايه كاهش دهند.

This investigation evaluates the first and the second laws of thermodynamics for a flat plate sheet and tube-based solar collector, located in Abu-Musa Island (in Persian Gulf) in Hormozgan province in Iran, where a suspension of molybdenum disulfide (MoS2) nanoparticles with different shapes in water is the working fluid. The main aim of this study is to analyze morphology effects of MoS2 nanoparticles on heat transfer and entropy generation. To fulfill this demand, the analysis of four different nanoparticle shapes (blades, platelets, bricks, and cylinders) is chosen. The results of Nusselt number, outlet fluid temperature, pressure drop, friction factor, performance evaluation criterion (PEC), and entropy generation are calculated and reported not only for different shapes of nanoparticles but also for nanoparticles volume fractions up to 4%, in turbulent flow with two different mass flow rates of 0.50 and 0.75 kg/s. According to the obtained results, the PEC of model with ϕ=3% and bricks nanoparticle shape in ṁ=0.5 kg/s is found to be the best among all models, and its value is around 1.269. However, in case with ṁ=0.75 kg/s this value for nanofluid with ϕ=4% and bricks nanoparticle shape is found to be the best among all models and is about 1.182. It was also found that for mass flow rate of 0.50 kg/s, adding bricks and blade shaped nanoparticles to base fluid is not advantageous from the second law viewpoint. Nevertheless, for mass flow rate of 0.75 kg/s it was seen that using volume fractions of 1% and 4% of bricks and blade can reduce the entropy generation rate in comparison with base fluid up to 8%.