استقصاء الاداء الحراري لمجمع شمسي مركز باستخدام تقنية القنوات الدقيقة مع نظام التتبع

الباحث

جنان دخيل حمدي

المشرف

جلال محمد جليل - احمد حميد رجه

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الكهروميكانيكية / الهندسة الكهروميكانيكية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Concentrated solar collector;Microchannel;Tracking system;Thermal performance

تؤدي زيادة التنمية الاقتصادية العالمية إلى زيادة مستمرة في الطلب على الطاقة. حيث اخذت بنضر الاعتبار الموارد التقليدية المحدودة للطاقة بالإضافة إلى التأثير على البيئة المرتبط باستخدامها. العيب الرئيسي للطاقة الشمسية هو أنه لا يمكن الوصول إليها إلا خلال النهار. يمكن لأنظمة تخزين الطاقة الحرارية أن تتجاهل هذا الخلل لأنها تستطيع تخزين الطاقة طوال اليوم لاستخدامها في الليل. تركز هذه الدراسة على إمكانية تطبيق PCM كمخزن للطاقة الحرارية في مجال المكثفات الشمسية. تقدم هذه الدراسة مساهمة واضحة في هذا المجال من خلال استخدام تصميم جديد للامستلم مع PCM كمخزن للطاقة الحرارية في مجمع المكثف المكافئ، والعاكس مصمم لتركيز الإشعاع الشمسي على الجانبين. يتم إرفاق نظام المكثف التوضيحي بنظام التتبع للحفاظ على تعامدالمركز الشمسي مع اشعة الشمس. تُستخدم مكثفات الطاقة الشمسية لزيادة تدفق طاقة ضوء الشمس بمقدار ثلاث مرات لكل جانب من جوانب جهاز الاستقبال؛ ولذلك،تكون درجه حراره السطح المستلم عاليه. لذلك، تم استخدام تقنية القنوات الدقيقة لتحسين انتقال الحرارة إلى السائل. تجمع هذه التقنية بين سمات مساحة السطح الكبيرة لكل وحدة cana ومعامل نقل الحرارة الكبير. تبحث هذه الدراسة في التأثيرات العددية والتجريبية لتقنية القنوات الدقيقة على أداء المكثف الشمسي لأرقام رينولدز التي تتراوح من 1011.2 إلى 3273.8. يتكون مكثف الهواء الشمسي من جهاز الاستقبال والعاكس ومحركين DC ودائرة التحكم والمنفاخ. aly عرض العاكس 200 cau وطوله 30 سمء وارتفاعه 50 سم. يعتبر جهاز الاستقبال أحد المكونات الأساسية للمكثف الشمسي وقد تم تصنيعه من معدن الألمنيوم بعدد 44 قناة دقيقة (طولها 0.3 متر وعرضها 0.02 متر وارتفاعها 0.0009 متر)ء حيث يتكون جهاز الاستقبال من أربعة صفوف من القنوات الدقيقة، يتكون كل صف من تم إنشاء 11 قناة مع مرافق قياس السرعة ودرجة الحرارة لتحقيق النتائج التجريبية. خزان الشمع بأبعاد 30*30 سم مصنوع من الألومنيوم ويتم إدخاله بين طبقات القنوات الدقيقة. يحتوي الخزان على 6 زعنفة دبوسية لزيادة توصيل الحرارة من وإلى الشمع. إن تطوير أجهزة تخزين الطاقة الفعالة وغير المكلفة لا يقل أهمية عن تطوير مصادر جديدة للطاقة. تم إجراء محاكاة مركز الهواء الشمسي ore باستخدام تقنيات ديناميكية الموائع الحسابية (CFD) والتي تضمنت مقارنة نتائج المعلمات العددية المختلفة مع البيانات التجريبية واسعة النطاق. تم استخدام لغة FORTRAN لحل معادلات الاستمرارية والزخم والطاقة. تم تحليل وبناء النموذج الرياضي للمعادلات الحاكمة لمجمع الهواء الشمسي ذو القنوات الدقيقة باستخدام خوارزمية الحجم المحدود (SIMPLE) تقوم الحسابات العددية بتقييم فعالية نهج القنوات الدقيقة لمجمع الطاقة الشمسية لتحديد وتوقع درجة الحرارة وتوزيع السرعة في تدفق القنوات الدقيقة ودرجة حرارة جسم القناة الدقيقة. من المفترض أن يكون التدفق LAS yi صفائحيًا غير قابل للضغطء ويتم تقييم خصائص الهواء عند متوسط درجة الحرارة، والحمل الحراري القسري ثلاثي الأبعاد، وتوزيع الإشعاع الموحد على الغطاء الزجاجي؛ وقوى الجسم ضئيلة ودرجة حرارة الهواء الداخل مساوية لدرجة حرارة البيئة. أشارت النتيجة إلى أن نظام التتبع ثنائي المحور من شأنه أن يعزز الكفاءة الحرارية ودرجة حرارة مخرج الهواء بنحو 9 و9,012.4 على التوالي. يؤدي تغيير معدل تدفق ALS الهواء من 0.009339 إلى 0.030235 كجم/ثانية إلى انخفاض درجة حرارة مخرج الهواء. الكفاءة الحرارية عند الحد الأقصى لمعدل تدفق كتلة الهواء (0.030235) التي تم الحصول عليها هي 65.5: 691.5 85.9 90.5، 95.3 و 789.05 في يناير ومارس ومايو ويوليو وسبتمبر ونوفمبر على التوالي. الحد الأقصى لدرجات حرارة مخرج الهواء باستخدام الشمع هي 77.9: 72.8، 70.8: 660 52.6( و46.3 درجة مئوية في يوليوء سبتمبر، مايو، مارسء نوفمبرء ويناير، على التوالي. GIS متوسط فترة تخزين الطاقة 3 ساعات. تم الحصول على توافق جيد بين العددي والتجريبي؛ بمتوسط انحراف 0.76 إلى 9/06.34.

In the last few decades, the energy demand of industries and commercial sectors has substantially increased. Most of the energy has been generated using fossil fuel technologies that have increased the emission of pollutants to the atmosphere, contributing to global warming and deterioration in the health of humankind. Solar energy is one of the green energy resources that can be used to reduce the consumption of fuel fossils to meet the demands of the industrial and commercial sectors The primary disadvantage of solar energy is that it is only accessible during the day. Thermal energy storage systems can overlook this flaw since they can store energy throughout the day for use at night. This study focuses on the applicability of PCM as a thermal energy storage in the solar concentrator field. This study makes a clear contribution in this field by using a new design of absorber with PCM as thermal energy storage in the parabolic concentrator collector, and the reflector is designed to focus the solar radiation on two sides. The illustrative concentrator system is attached to the tracking system to maintain the parabolic collector's perpendicularity to sun rays. Solar concentrators are used to increase the power flux of sunlight by three times for each side of the receiver; therefore, the absorber can have high temperatures. So, a micro-channel technique was used to improve heat transfer to the fluid. This technique combines the attributes of large surface area per unit volume, significant heat transfer coefficient, and small working fluid. This study investigates the numerical and experimental effects of the micro-channel technique on solar concentrator performance for Reynolds numbers varying from 1011.2 to 3273.8. The solar air concentrator system consists of the receiver, reflector, two DC motors, control circuit, and blower. The reflector is 200 cm in width, 30 cm in length, and 05 cm in height. The receiver is an essential component of the solar concentrator and was manufactured from Aluminum metal with 44 microchannels (0.3 m in length, 0.02 m in width, and 0.0009 m in height), where the receiver consistes of four rows of microchannels. Each row consists of 11 channels and equipped with velocity and temperature measurement facilities to collect the experimental results. The wax tank with dimensions of 05*30 *4.5 cm was made from aluminium and inserted between microchannel layers. The tank contains 36 pin fins to increase heat conduction to and from the wax. Developing efficient and inexpensive energy storage devices is as important as developing new energy sources. The simulation of the solar air concentrator was done numerically using computational fluid dynamic (CFD) techniques, which involved comparing the findings for various numerical parameters with full-scale experimental data. Stacked grids were used for the pressure-velocity coupling using the FORTRAN language to solve continuity, momentum, and energy equations. The mathematical model of the governing equations of the microchannel solar air collector is analyzed and constructed using a finite volume (SIMPLE) algorithm. Numerical calculations evaluate the effectiveness of a solar collector's micro channels approach to determine and forecast the temperature and velocity distribution in the flow of the microchannels and the temperature of the microchannel's body. The flow is assumed to be an incompressible, laminar model, air properties evaluated at average temperature, three dimensions forced convection, uniform irradiance distribution on glass cover, body forces are negligible and inlet air temperatures equal to the environment temperature. The result indicated that the two-axis tracking system would enhance thermal efficiency and air outlet temperature by roughly 37.9 and 12.4%, respectively. Changing the air mass flow rate from 0.009339 to 0.030235 kg/s causes a decrease in air outlet temperature. Thermal efficiency at maximum air mass flow rate (0.030235 kg/s) obtained are 65.5, 91.5, 85.9, 90.5, 95.3 and 89.05% in January, March, May, July, September and November, respectively. The maximum air outlet temperatures using wax were 77.9, 72.8, 70.8, 60, 52.6, and 46.3 °C in July, September, May, March, November, and January, respectively. The average energy storage period was 3 hours. A good agreement is obtained between numerical and experimental, with an average deviation of 0.76 to 6.34 %.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب