تحسين الخواص الحرارية للمجمع الشمسي باستخدام مواد طلاء سيراميكية
Improving the Thermal Properties of Solar Collector Using Ceramic Coating Materials
- الباحث
- احمد زكي هاشم حمزة
- المشرف
- الهام عبد المجيد - حيدر كريدي راشد
- الجامعة
- جامعة بابل
- الكلية / القسم
- كلية هندسة المواد / هندسة السيراميك ومواد البناء
- الشهادة
- ماجستير
- السنة
- 2022
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Solar Collector; Ceramic Coatings; Thermal Properties; Absorptivity
الملخص
يعتبر توفير الطاقة والحد من التلوث من اهم أهداف العالم المتطور وذلك من خلال استخدام مصادر الطاقة البديلة للوقود التقليدي (الأحفوري) ، والتي تعتبر سببًا للتلوث عند استهلاكها. تعد الطاقة الشمسية ، باعتبارها مصدرًا متجددًا ونظيفًا للطاقة ، أحد أهم الحلول والعلاجات للتلوث البيئي وزيادة تكاليف الإنتاج. asl الأجهزة التي تستغل الطاقة الشمسية هي مجمعات الألواح الشمسية المسطحة (FPSCs) يتكون من الغطاء شفاف واللوحة ماصة وأنبوب المبادل حراري والهيكل الخارجي. اللوح الماص مصنوع من صفيحة من معدن الألمنيوم بسمك (ale ٠.5( ، وكذلك أنبوب المبادل الحراري مصنوع من معدن الألمنيوم بسمك ).1 ملم).استخدام طريقة (الرش الهوائي) في طلاء (FPSC) والتي تعتبر من أبسط وأرخص طرق رش. في هذا البحث تم استخدام الكرافيت مع نسب من مسحوق النحاس كطلاء لزيادة التوصيل الحراري, وتبين من اختبار التوصيلية الحرارية انه عند استخدام الكرافيت كمادة طلاء فقط كما في العينة (G1) زادت الموصلية الحرارية بحوالي 9,6١ ، وعند إضافة نسبة من مسحوق النحاس حوالي (%E) مع الكرافيت كما في العينة (65) زادت إلى حوالي (%HA+) في حالة الطلاءات العازلة تم استخدام المولايت وثاني أوكسيد التيتانيوم ، Gus باستخدام نسبة مولايت حوالي (9,00.25) مع ثاني أوكسيد التيتانيوم (9/00.75) كما في العينة (52) زاد العزل بنسبة (MEA) ، بينما بزيادة نسبة المولايت الى VVC) %( وثاني أوكسيد التيتانيوم )90١.25( كما في العينة (54) ارتفعت نسبة العزل إلى (%°V) مقاومة الالتصاقية للعينة المطلية لزيادة الموصلية الحرارية (01) تبلغ (1.05١ميجا باسكال ) التي تحتوي على الكرافيت فقط . بينما كانت قوة الالتصاقية للعينة5) تبلغ (19.82ميجا باسكال) والتي احتوت على Cul SII ونسبًا من مسحوق النحاس.في حين ان مقاومة الالتصاقية للعينة المطلية لزيادة العزل الحراري (91) تبلغ ١7.١( ميجا باسكال) والتي تحتوي على مادة البوليستايرين فقط. بينما كانت قوة الالتصاق لعينة (S4) تبلغ )17.73 ميجا باسكال) والتي تحتوي على (905) مواد طلاء (مولايت وثاني أكسيد التيتانيوم). بلغت نسبة المسامية المتحققة من قياس المسامية المقطعية لطلاء التوصيل (254.57) بينما بلغت نسبة المسامية في المقطع العرضي لطلاء عينات العزل (ATA NA) . متوسط سمك الطلاء لعينات التوصيل 5٠5( مايكرومتر) في حين ان متوسط سمك عينات العزل ،١5( مايكرومتر) . يتحقق التحليل العددي من التحسينات في التوصيل الحراري التي تزيد في كفاءة المجمع الشمسي باستخدام برنامج )16.1 (ANSYS لمحاكاة الهندسة ثلاثية الأبعاد لتدفق السوائل عبر أنابيب المبادل الحراري. تم بناء نموذج رياضي بواسطة برنامج )16.1 (ANSYS-FLUENT باستخدام المقطع العرضي النصف دائري بدلا من المقطع الدائري لانبوب المبادل الحراري ووضعه بالابعاد الحقيقية لمحاكاة انتقال الحرارة من الصفيحة الماصة الى انبوب المبادل الحراري عن طريق الاشعاع الشمسي وذلك بتثبيت خطوط الطول والعرض لموقع مدينة بابل بعدد ساعات )١1( ساعة باليوم. نتائج محاكاة برنامج871557516.1 اظهرت الفرق في درجات حرارة المدخل والمخرج لانبوب المبادل الحراري للمجمع الشمسي ذوالصفيحة المسطحة بدون طلاء كانت VY) درجة مئوية) بينما بعد الطلاء بمواد سيراميكية كان الفرق بدرجات حرارة المدخل والمخرج OV) درجة مئوية).
Abstract
Saving energy and reducing pollution one of the most important goals of the developed world through the use of alternative energy sources for traditional (fossil) fuels, which are considered a cause of pollution when consumed. Solar energy, as a clean and renewable source of energy, one of the most important solutions and remedies for environmental pollution and increasing production costs. One of the devices that exploit solar energy is flat plate solar collectors (FPSCs). It consists of the transparent cover, absorbent plate, heat exchanger tube and frame. The absorber plate is made of aluminum metal plate with thickness (0.5mm), as well as the pipe of the heat exchanger from aluminum metal with thickness (1.3mm). Using the method of (spray air brush) in (FPSC) coating, which is one of the simplest and cheapest methods of spraying. In this research, the graphite was used with percentages of copper powder as a coating to increase the thermal conductivity. From the thermal conductivity test showed when using graphite as a coating only as in sample (G1), the thermal conductivity increased about (60%), and when adding percentage of copper powder about (4%) with graphite as in sample (G5); it is increased to about (80%). In the case of insulating coatings, Mullite and Titanium dioxide were used, where using a percentage of Mullite (0.75%) with Titanium dioxide (0.25%) as in sample (S2) increased the insulation to (48%), while by increasing the percentage of Mullite to (3.75%) and Titanium dioxide (1.25%) as in sample (S4), the percentage of insulation increased to (57%). The adhesion strength of the sample coated to increase the thermal conductivity (G1) was (19.06 MPa) containing only graphite, while the adhesion strength of the sample (G5) was (19.82 MPa), which contained graphite and percentage of copper powder while the adhesion strength of the sample coated to increase the thermal insulation (S1) (coated polystyrene only) was (17.31 MPa), which contains polystyrene material only. While the adhesion strength of the sample (S4) was (17.73 MPa), which contains 5% coating materials (Mullite and Titanium dioxide). The achieved porosity percentage from the measurement of the cross-sectional porosity of the conduction coating is (4.62 %), while the porosity ratio in the cross- section of the insulation samples coating is (68.28 %). The average coating thickness of the conduction samples is (405 μm), while the average thickness of the insulation samples is (715 μm). The numerical analysis validates the improvements in thermal conductivity that increase the efficiency of the solar collector using ANSYS 16.1 software to simulate the 3D geometry of fluid flow through heat exchanger tubes. Building a mathematical model by (ANSYS-FLUENT 16.1) using the semicircular cross section instead of the circular section of the heat exchanger tube and placing it in real dimensions to simulate the transfer of heat from the absorber plate to the heat exchanger tube by solar radiation via fixing the latitude and longitude of the Babylon city site with the number of hours (13) per day. Simulation results ANSYS16.1 software showed the inlet and outlet temperature difference of the heat exchanger tube of the flat plate solar collector without coating was (23 ̊C) while after coating with ceramic materials the inlet and outlet temperature difference was (57 ̊C).
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.