بخشی از مقاله
چکیده
انتخاب بهترین ضخامت صفحه جاذب کلکتور خورشیدي از نوع لوله اي خلا شده که باعث صرفه جویی در استفاده از مس به عنوان پایه ساخت صفحه جاذب و افزایش راندمان می شود هدف این مقاله می باشد. فرض شده است تابش به صورت یکنواخت به سطح جاذب برخورد میکند. خواص کلکتور مستقل از دما است و اختلاف دما در محور ضخامت در مقایسه با محور zو θ قابل صرفه نظر می باشد.از کاهش جذب بدلیل وجود گرد و خاك صرف نظر شده است.
از مفهوم انترانسی براي افزایش راندمان و انتخاب ضخامت بهینه استفاده شده است . ابتدا توزیع دما در سطح جاذب خورشیدي توسط حل عددي معادله انتقال حرارت در مختصات سیلندري توسط نرم افزار فرترن محاسبه شد. با وریشن گیري از تابعی بدست آمده از انترانسی، این نتیجه دریافت گردید که حداکثر انتقال حرارت در گرادیان دماي یکنواخت در سطح جاذب اتفاق می افتد .
سپس ضخامت سطح جاذب به گونه اي توسط یک روش تکرار ، با نرم افزار فرترن تغییر یافت تا بعد از محاسبه توزیع دما، گرادیان دما یکنواخت گردد. با توجه به وجود ضخامت غیر یکنواخت در سطح جاذب، در مصرف فلز مس - پایه ساخت صفحه - 22,6 درصد صرفه جویی گردید . نتایج بهینه سازي کلکتور لوله اي خلا شده با نتایج کلکتور مسطح که توسط کین یی انجام شده بود مقایسه شد و از صحت نتایج اطمینان حاصل گردید.
-1 مقدمه
یکی از متداول ترین راه هاي دریافت انرژي خورشیدي، استفاده از کلکتور هاي لوله اي خلا شده می باشد. تحقیقات فراوانی تاکنون به هدف بهینه سازي این کلکتور ها انجام شده است به طور کلی تحقیقات انجام شده را می توان به دو گروه تقسیم نمود
افزایش بازدهی جذب پرتو هاي خورشیدي -2 کاهش تلفات حرارتی به محیط . گروه اول شامل بهینه سازي زاویه برخورد و به کار بردن سطوح انتخابی و گروه دوم شامل کاهش دماي سطح جاذب با استفاده از پوشش شفاف براي تولید اثر گلخانه اي می باشد. به علاوه چندین روش تیوري با استفاده از مفهوم اگزرژي با توجه به اصل برگشت پذیري در پروسه انتقال حرارت با انتخاب پارامتر هاي مناسب تر - دبی، دماي سیال ورودي و خروجی بهینه - به بهینه سازي کلکتور پرداخته است.[4] اما در تمامی این تحقیقات ضخامت کلکتور یکنواخت فرض شده است.
به هدف بهینه سازي در پروسه انتقال حرارت ژیو و همکاران مفهوم انترانسی را معرفی نمود که بیانگر ظرفیت یک جسم براي انتقال حرارت است. وي مفهوم اتلاف انترانسی را براي اندازه گیري اتلاف این ظرفیت بیان نمود[5] و در ادامه با بیان قانون اتلاف اکسترمم انترانسی به بهینه سازي انتقال حرارت هدایت ، جابجایی و تشعشعی پرداخت.[6‐7] چن کیو با استفاده از بهینه سازي پروسه انتقال حرارت جابجایی و کاربرد |آن در کلکتور هاي خورشیدي به بهینه سازي کلکتور هاي صفحه تخت پرداخت درصد بازدهی کلکتور را افزایش دادند.
در این مقاله ابتدا معادلات حاکم بر انتقال حرارت در کلکتور هاي لوله اي در مختصات استوانه اي بیان شده است. سپس معادله انترانسی براي کلکتور بدست آمده و با وریشن گیري اکسترمم انترانسی و بر اساس آن و با استفاده از کد نویسی در محیط فرترن توزیع ضخامت بهینه محاسبه شده است. با توجه به توزیع ضخامت غیر یکنواخت در صفحه جاذب ، علاوه بر صرفه جویی در ماده سازنده صفحه جاذب بازدهی کلکتور نیز افزایش یافته است.
-2 مدلسازي انتقال حرارت بر کلکتور لوله اي
شکل 1 نشانگر ساختار یک کلکتور لوله اي در مختصات استوانه اي می باشد. این کلکتور شامل صفحه جاذب و لوله انتقال دهنده سیال ، عایق و پوشش شیشه اي می باشد.
شکل 1 ساختار کلکتور لوله اي
صفحه جاذب به عنوان اصلی ترین جز ، انرژي خورشید را دریافت نموده و توسط جا به جایی و هدایت به سیال درون لوله انتقال می دهد.از آنجاییکه ضخامت کلکتور در مقایسه با در طول و شعاع قابل صرف نظر کردن می باشد مسیله انتقال حرارت تبدیل به انتقال حرارت دو بعدي با دریافت ثابت حرارت - تشعشع خورشیدي - و اتلاف ثابت در طول کلکتور می باشد در نتیجه معادله بقاي انرژي به صورت زیر بیان می شود:
اتلاف حرارتی در واحد سطح جاذب از رابطه زیر بدست می آید به نحوي که ضریب اتلاف کلی کلکتور و دماي سطح جاذب می باشد.
براي حل عددي معادله - 1 - نیاز به شرایط مرزي می باشد. انتها و ابتداي کلکتورئچ, z تچz حرارت پس از عبور از عایق به محیط می رود
تمامی انتقال حرارت دریافتی توسط جابجایی به سیالی که درون لوله مماس شده جریان دارد انتقال می یابد که در آن Ѳ ضریب انتقال حرارت هدایتی معادل می باشد
