Анализ температуры плоского солнечного коллектора с использованием алюминиевых нано-жидкостей

Аннотация

В этой работе тепловые характеристики плоского солнечного коллектора были выполнены с использованием наножидкости оксида алюминия-воды. Целью данной статьи является разработка гидродинамической модели с использованием программы CFD. Основным направлением исследования является то, что модель подтверждается результатами эксперимента, проведенного в данном исследовании. Модель смоделирована в условиях умеренного климата Казахстана. Идеей научного исследования было то, что с помощью пакета CFD (Вычислительная гидродинамика) ANSYS FLUENT 19.0, рассчитать присутствие наночастиц в рабочей жидкости плоского солнечного коллектора увеличивает перепад давления в плоском солнечном коллекторе, но также достигается повышение тепловых характеристик. Экспериментально установлено, что оптимальная объемная доля наночастиц, составляющая 0,5 % оксида алюминия, обеспечивает наибольшую тепловую эффективность плоского солнечного коллектора. Разработана новая конструкция плоского солнечного коллектора, в котором теплоизоляция происходит в теплоизоляционном прозрачном стеклопакете.  Данные о температуре плоского солнечного коллектора были определены с использованием коммерческого программного пакета CFD (Вычислительная гидродинамика) ANSYS FLUENT 19.0. Численный анализ температурных данных подтвердил точность результатов, полученных в результате экспериментального анализа. Практическим значением итогов данной работы говорит о том, что присутствие наночастиц на верхнем стекле коллектора увеличивает тепловую эффективность, КПД и срок службы.

Литература

[1] ASHRAE, Standard 1980 (RA 89) 1, 2003, p. 86244, vol. 6, no. Ra 89.
[2] Elghamry R., Hassan H., Hawwash A. A., ‘‘A parametric study on the impact of integrating solar cell panel at building envelope on its power, energy consumption, comfort conditions, and CO2 emissions,’’ J. Cleaner Prod., vol. 249, Mar. 2020, Art. no. 119374.
[3] Hussein H. M. S., El-Ghetany H. H., Nada S. A., ‘‘Experimental investigation of novel indirect solar cooker with indoor PCM thermal storage and cooking unit’’ Energy Convers. Manage., vol. 49, no. 8, pp. 2237–2246, Aug. 2008.
[4] Said Z., Sabiha M. A., Saidur R., Hepbasli A., Rahim N. A., Mekhilef S., Ward T. A., ‘‘Performance enhancement of a flat plate solar collector using titanium dioxide nanofluid and polyethylene glycol dispersant,’’ J. Cleaner Prod., vol. 92, pp. 343–353, Apr. 2015.
[5] Duffie J. A., Beckman W. A., Solar Engineering of Thermal Processes, 4th ed. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2013.
[6] Choi J. A. E., Stephen U. S., ‘‘Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles,’’ in Proc. ASME Int. Mech. Eng. Congr. Expo., 1995, pp. 12–17.
[7] Gupta M., Singh V., Kumar R., Said Z., ‘‘A review on thermophysical properties of nanofluids and heat transfer applications,’’ Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 74, pp. 638–670, Jul. 2017.
[8] Said Z., Sajid M. H., Alim M. A., Saidur R., Rahim N. A., ‘‘Experimental investigation of the thermophysical properties of AL2O3-nanofluid and its effect on a flat plate solar collector,’’ Int. Commun. Heat Mass Transf., vol. 48, pp. 99–107, Nov. 2013.
[9] Sundar L. S., Ramana E. V., Said Z., Punnaiah V., Chandra Mouli K. V. V., Sousa A. C. M., ‘‘Properties, heat transfer, energy efficiency and environmental emissions analysis of flat plate solar collector using nanodiamond nanofluids,’’ Diamond Rel. Mater., vol. 110, Dec. 2020, Art. no. 108115.
[10] Sundar L. S., Sintie Y. T., Said Z., Singh M. K., Punnaiah V., Sousa A. C. M., ‘‘Energy, efficiency, economic impact, and heat transfer aspects of solar flat plate collector with Al2O3 nanofluids and wire coil with core rod inserts,’’ Sustain. Energy Technol. Assessments, vol. 40, Aug. 2020, Art. no. 100772.
[11] Zhang X., Gu H., Fujii M., ‘‘Effective thermal conductivity and thermal diffusivity of nanofluids containing spherical and cylindrical nanoparticles,’’ Experim. Thermal Fluid Sci., vol. 31, no. 6, pp. 593–599, May 2007.
[12] Xie H., Lee H., Youn W., Choi M., ‘‘Nanofluids containing multiwalled carbon nanotubes and their enhanced thermal conductivities,’’ J. Appl. Phys., vol. 94, no. 8, pp. 4967–4971, 2003.
[13] Trisaksri V., Wongwises S., ‘‘Critical review of heat transfer characteristics of nanofluids,’’ Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 11, no. 3, pp. 512–523, Apr. 2007.
[14] Wen D., Lin G., Vafaei S., Zhang K., ‘‘Review of nanofluids for heat transfer applications,’’ Particuology, vol. 7, no. 2, pp. 141–150, Apr. 2009.
[15] Murshed S. M. S., Leong K. C., Yang C., ‘‘Thermophysical and electrokinetic properties of nanofluids—A critical review,’’ Appl. Thermal Eng., vol. 28, nos. 17–18, pp. 2109–2125, Dec. 2008.
[16] Omarov R., Abdygaliyeva S., Omar D., Kunelbayev M., Integrated system for the use of solar energy in the animal farm. Scientia Iranica, Volume 24 Issue 6, Page 3213-3222,2017
[17] Amirgaliyev Y. N., Solar-Driven Resources of the Republic of Kazakhstan, News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences, 3 (2018), 430, pp. 18-27
Как цитировать
KUNELBAYEV, Murat; VYAZIGIN, Stepan; KURT, Erol. Анализ температуры плоского солнечного коллектора с использованием алюминиевых нано-жидкостей. Вестник КазНУ. Серия математика, механика, информатика, [S.l.], v. 114, n. 2, june 2022. ISSN 2617-4871. Доступно на: <https://bm.kaznu.kz/index.php/kaznu/article/view/1060>. Дата доступа: 08 aug. 2022 doi: https://doi.org/10.26577/JMMCS.2022.v114.i2.07.
Ключевые слова плоский солнечный коллектор, наночастицы оксида алюминия, тепловая модель, тепловая эффективность