فصلنامه علمی کارافن

فصلنامه علمی کارافن

تحلیل عملکرد تجربی متمرکزکننده خورشیدی سهموی آزمایشگاهی همراه با حفره جاذب و لوله‌های جاذب چندگانه تحت شرایط محیطی ثابت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان
1 آزمایشگاه انرژی، آب و محیط زیست، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
2 دانشکده فیزیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
3 گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
چکیده
این پژوهش به بررسی بهبود تجربی عملکرد یک متمرکزکننده خورشیدی سهموی با استفاده از حفره‌های جاذب، نانوسیال و افزایش تعداد لوله‌های جاذب پرداخته است. برای این منظور، نمونه‌ای از این متمرکزکننده با ابعاد آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد که در آن از سه لوله‌ی جاذب مسی که در آن‌ها نانوسیال سیلیکن دی‌اکسید جریان دارد، و دو حفره‌ی جاذب شامل ورق‌های فولاد ضدزنگ استفاده شده است. در این مطالعه نانوسیال در 3 غلظت حجمی 1/0، 5/0 و 1 درصد استفاده شده است. آزمایش‌ها در محیط آزمایشگاهی با شدت تابشW/m2 900، دمای ورودی و دمای محیط °C 26 و دبیm3/h 24/0 در بازه زمانی 60 دقیقه انجام شده‌اند. برای تمام حالت‌ها مقدار دمای خروجی، حرارت مفید و بازده حرارتی گزارش شده است. طبق مشاهدات، دمای خروجی نهایی در حالت پایه (تنها با یک لوله‌ی جاذب و بدون استفاده از حفره جاذب) °C8/41، حرارت مفیدW 18/29 و بازده حرارتی 02/36 درصد گزارش شده است. استفاده همزمان از سه لوله‌ی جاذب و حفره‌ی جاذب باعث افزایش قابل توجه دمای خروجی و به تبع آن حرارت مفید شده است به طوریکه مقدار آن‌ها در این حالت به ترتیب برابر با°C 3/57 و W81/56 حاصل شده است. بازده حرارتی در این حالت برابر با 14/70 درصد حاصل شده است. همچنین مشخص گردید که نسبت به آب، نانوسیال انتخاب‌شده بهبود محسوسی در عملکرد حرارتی ایجاد نمی‌کند. از نتایج این پژوهش می‌توان برای ساخت متمرکزکننده در ابعاد صنعتی بهره برد و بازده حرارتی آن‌ها را افزایش داد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Performance Analysis of a Laboratory-Scale Parabolic Trough Solar Collector with Absorber Cavity and Multiple Absorber Tubes under Controlled Environmental Conditions

نویسندگان English

Farshid Behrou 1
Amirhossein Edalatpour 1
Seyed Mostafa Hosseinalipour 1
Fatemeh Dabbagh Kashani 2
Mahdi Moghimi 3
1 Energy, Water and Environment Research Lab, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Department of Physics, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
3 Department of Energy Conversion, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده English

This study investigates the performance enhancement of a parabolic trough solar collector (PTSC) through the use of absorber cavities, nanofluids, and increasing the number of absorber tubes. To this end, a laboratory-scale collector was designed and fabricated, featuring three copper absorber tubes, two mirror-finished stainless steel absorber cavities, and a silicon dioxide (SiO₂) nanofluid at three volume concentrations: 0.1%, 0.5%, and 1%. The experiments were conducted under laboratory conditions with a solar irradiance of 900 W/m², inlet and ambient temperatures of 26°C, and a flow rate of 0.24 m³/h over a period of 60 minutes. For all test scenarios, the outlet temperature, useful heat gain, and thermal efficiency were recorded. The results showed that in the baseline configuration — with a single absorber tube and no cavity — the outlet temperature reached 41.8°C, the useful heat gain was 29.18 W, and the thermal efficiency was 36.02%. The simultaneous use of three absorber tubes and an absorber cavity significantly improved the outlet temperature and useful heat gain, reaching 57.3°C and 56.81 W, respectively, with a corresponding thermal efficiency of 70.14%. Furthermore, it was observed that the selected nanofluid had a negligible effect on the thermal performance of the system. The findings of this study can be utilized in the design of efficient large-scale industrial collectors to achieve enhanced thermal efficiency.

کلیدواژه‌ها English

Parabolic Trough Solar Collector
Absorber Cavity
Absorber Tube
Solar Energy
Thermal Performance

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 بهمن 1404

  • تاریخ دریافت 07 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 30 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 27 بهمن 1404