بررسي تجربي استفاده از لوله هاي حرارتي نوساني در مقياس بزرگ بر عملكرد حرارتي آبگرمكن خورشيدي صفحه تخت

Experimental investigation of the effect of using large scale pulsating heat pipe on the performance of a flat plate solar collector

در اين تحقيق، بررسي عملكرد آبگرمكن خورشيدي صفحه تخت با لوله حرارتي نوساني حلقه بسته در شرايط اقليمي تهران- ايران به صورت تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. سيستم مورد نظر از سه قسمت اصلي كلكتور تخت، لوله حرارتي نوساني و مخزن تشكيل شده كه قسمت اواپراتور لوله حرارتي نوساني در كلكتور و قسمت كندانسور آن جهت گرمايش آب در مخزن قرار داده شده است. جهت بررسي اثر طول اواپراتور و راندمان سيستم، سه آبگرمكن با لوله حرارتي نوساني ساخته شده كه همگي به جز در طول ناحيه اواپراتور با هم مشابه مي باشند. در آزمايش هاي انجام گرفته علاوه بر اثر طول اواپراتور، نسبت پرشدگي، زاويه شيب و دبي نيز براي هر كدام از آبگرمكن ها به طور همزمان بررسي شده است. نتايج نشان مي دهد عليرغم اثر منفي زياد بودن طول اواپراتور در كاربردهاي معمولي، در آبگرمكن هاي خورشيدي با افزايش طول اواپراتور لوله حرارتي، دماي آب خروجي افزايش مي يابد و تغيير موثري در عملكرد آن به وجود نمي آيد. همچنين با بررسي نسبت شارژ در هر سه سيستم مشخص شد كه مستقل از طول اواپراتور، درنسبت شارژ %30 هر سه سيستم بهترين عملكرد را دارند. با توجه به وابستگي همزمان عملكرد لوله حرارتي نوساني و مقدار تابش خورشيد دريافت شده به زاويه، با تغيير زاويه قرارگيري كلكتور نسبت به افق از 0 تا 60 درجه، مقدار زاويه بهينه براي كلكتورهاي خورشيدي با لوله حرارتي نوساني نيز به دست آمد.

In this work, performance of a flat plate solar collector operating in conjunction with a closed-loop pulsating heat pipe (CLPHP) is experimentally investigated. All the experiments are carried out in Tehran, Iran. The experimental setup consists of a flat plate solar collector, pulsating heat pipe and a tank. The evaporator of the pulsating heat pipe is located inside the flat plate collector. In order to investigate the effect of the evaporator length on the efficiency of the system, three collectors are manufactured, which are different in their length in the evaporating section. Moreover, the effects of filling ratio of the pulsating heat pipe, inclination angle and flow rate are investigated for each collector separately. Although the increment in the length of the evaporator adversely affects the convectional heat transfer, the results do not show remarkable deterioration in the performance of the flat plate solar collector. The optimum value of the filling ratio of the pulsating heat pipe in all of the three devices is measured as 30%, regardless of the length of the evaporator. Finally, varying the inclination angle demonstrated that optimal tilt angle is 20 degrees, due to the maximized value of the solar radiation; although the pulsating heat pipe exhibits unfavorable performance. At the angle of 60 degrees, the performance is reduced due to an excessive decrease in the solar radiation.