بررسي عددي عملكرد حرارتي و هيدروليكي گرمكن هاي خورشيدي هوا با زبري هاي V- شكل روي سطح جاذب انرژي

Numerical investigation of heat transfer and fluid flow characteristics of solar air heaters with multi V-shaped roughness on the energy absorber plate

از آنجايي كه بازدهي حرارتي گرمكن‌هاي خورشيدي هوا پايين مي‌باشد، تحقيقات بسياري در جهت بالا بردن ضريب انتقال حرارت در آن‌ها انجام گرفته است. يكي از راهكارهاي افزايش بازدهي، زبر كردن صفحه ي در معرض شار خورشيدي از داخل كه در تماس با جريان هوا است (سطح گرم) مي‌باشد. در اين كار سعي گرديده تا مقادير عدد ناسلت و ضريب اصطكاك در كانال مستطيلي ‌شكل گرمكن و نحوه تغييرات اين پارامترها با توجه به هندسه زبري‌ها و پارامترهاي عملياتي به كمك روش حل عددي بررسي شده و با نتايج حاصل از آزمايش‌هاي تجربي مقايسه گردد. با بررسي دو كانال با زبري‌هاي v-شكل داراي شكاف با عرض نسبي (g/e) برابر با 5/0 و 0/1 مي‌توان دريافت كه عملكرد حرارتي در كانال با g/e برابر با 0/1 بهتر از g/e برابر با 5/0 مي‌باشد. از طرفي با به كارگيري زبري‌ها روي سطح گرم، عدد ناسلت و ضريب اصطكاك به ترتيب 16/6 و 71/6 برابر آن‌ها در يك كانال بدون زبري گرديده است. در ادامه با تغيير سطح مقطع تيغه ها از دايره به مثلثي شكل يك افزايش در عدد ناسلت و ضريب اصطكاك حاصل گرديد به طوري كه مقادير آن‌ها در مقايسه با يك كانال بدون زبري به ترتيب 9/6 و 1/8 برابر ثبت گرديد.

Since energy efficiency of solar air heaters is low, a large number of researches have been carried out in order to increase the heat transfer coefficients. One of the methods is roughening the side of the solarized plate which is in contact with air flow inside the duct. In the present work, Nusselt number and friction factor in rectangular duct of a solar air heater and effects of roughness geometry and operational conditions on two mentioned parameters have been studied numerically. The numerical predictions have been compared to the experimental data. By considering results of the two ducts with V-shaped roughness and relative gap width (g/e) of 0.5 and 1.0 it can be realized that heat performance of the duct with g/e equal to 1.0 is better. Besides, by creating roughness on surface of heated plate, Nusselt number and friction factor became 6.16 and 6.71 times greater than smooth duct. In the following, changing shape of roughness section from circular to triangular would lead to an increment in Nusselt number and friction factor as they were recorded 6.9 and 8.1 times greater than a smooth duct.