بررسي عوامل مؤثر بر عملكرد يك سيستم‌ ميكروترموفتوولتائيك با ميكرومحفظه احتراقي متخلخل

Study of the effective parameters on the performance of a micro thermophotovoltaic system with micro porous combustion chamber

مزيت سيستم‌هاي ميكروترموفتوولتائيك تبديل مستقيم انرژي گرمايي به انرژي الكتريكي بدون بخش متحرك مي‌باشد. براي عملكرد مناسب سيستم‌هاي ترموفتوولتائيك، دماي يكنواخت و بالا در امتداد ديوار ميكرومحفظه لازم است. در تحقيق حاضر احتراق پيش مخلوط آرام هيدروژن هوا در يك ميكرومحفظه با در نظرگرفتن شرط عدم تعادل حرارتي بين فاز گاز و جامد در محيط متخلخل مطالعه شده‌است. همچنين اثرات انتقال حرارت تابشي در ماده متخلخل در معادله انرژي ماده متخلخل نيز درنظرگرفته شده‌‌است. با استفاده از شبيه‌سازي عددي، اثر چند پارامتر مهم در بازده تابشي سيستم‌ ميكروترموفتوولتائيك كه شامل نسبت هم‌ارزي هيدروژن به هوا، ضريب تخلخل و هدايت گرمايي ماده متخلخل و سرعت ورودي مخلوط هيدروژن-هوا مي‌باشد، مورد مطالعه قرار گرفته‌‌است. نتايج نشان مي‌دهد كه افزايش نسبت هم‌ارزي تا مقدار يك باعث افزايش دماي ديوار و افزايش ضريب هدايت گرمايي ماده متخلخل، باعث توزيع يكنواخت‌تر دماي ديوار ميكرومحفظه مي‌شود. همچنين كاهش سرعت جريان، ضريب تخلخل و هدايت گرمايي ماده متخلخل، باعث افزايش بازده تابشي سيستم مي‌شود. مكانيزم ‌انتقال حرارت جابجايي بين فازهاي گاز و جامد داخل محيط متخلخل و انتقال حرارت تابشي و هدايتي در ماده متخلخل براي ضريب تخلخل‌هاي 0/4 و 0/8 مقايسه شده است و نشان داده‌‌ شد كه نقش انتقال حرارت تابشي داخل ماده متخلخل ناچيز مي‌‌باشد.

The advantage of micro thermophotovoltaic systems is the direct conversion of heat energy into electrical energy without any moving parts. For an adequate performance of thermophotovoltaic systems, uniform and high temperature along the micro-chamber wall is required. In the present study, a laminar premixed combustion of hydrogen-air in a micro porous chamber is studied. Non-equilibrium thermal condition between gas and solid phases and radiative transport equation in solid phase is considered . Using numerical simulation, the effect of several parameters on the radiation efficiency of thermophotovoltaic system including equivalence ratio, porosity, porous thermal conductivity and inlet mixture velocity have been studied. The results show that increasing the equivalence ratio up to 1 increases the wall temperature and increasing the thermal conductivity of the porous medium, results in a more uniform temperature distribution. Also decreasing the inlet velocity, porosity and thermal conductivity of the porous medium increases the system's radiation efficiency. The convection heat transfer between the gas and solid phases inside the porous and the radiation and conduction heat transfer in the porous for the porosity of 0.4 and 0.8 were compared and it was shown that the role of radiation heat transfer inside the porous is negligible.