بهبود عملکرد جمع کننده حرارتی خورشیدی سهموی با استفاده از نانوسیال روغن–SiO₂ در لوله جاذب تحت جریان اجباری مغشوش

در این پژوهش، عملکرد حرارتی و ترموهیدرولیکی یک جمع کننده حرارتی خورشیدی سهموی خطی با استفاده از نانوسیال روغن–اکسید سیلیسیم (SiO₂) در لوله جاذب تحت جریان اجباری مغشوش به صورت عددی سه بعدی بررسی شده است. هندسه صنعتی LS-۲ متعلق به آزمایشگاه ملی ساندیا انتخاب و توزیع شار حرارتی غیر یکنواخت واقعی حاصل از تمرکز تابش خورشیدی با بهره گیری از روش ردیابی پرتو محاسبه و از طریق تابع تعریف شده کاربر (UDF) بر سطح خارجی لوله جاذب اعمال شده است. شبیه سازی جریان پایا، تراکم ناپذیر و آشفته با استفاده از روش حجم محدود و الگوریتم SIMPLE انجام شده و نانوسیال به صورت تک فاز با خواص ترموفیزیکی موثر مدل سازی گردیده است. صحت سنجی نتایج عددی با داده های تجربی معتبر موجود در ادبیات انجام شد که حداکثر اختلاف کمتر از ۲٪ را نشان می دهد. نتایج بیانگر آن است که افزایش کسر حجمی نانوذرات SiO₂ منجر به بهبود قابل توجه ضریب انتقال حرارت جابجایی، افزایش عدد نوسلت و ارتقای بازده حرارتی جمع کننده می شود، هرچند این بهبود با افزایش افت فشار همراه است. تحلیل توزیع دما نشان داد که شار حرارتی غیر یکنواخت موجب غیریکنواختی دمای دیواره لوله جاذب و افزایش تنش های حرارتی موضعی می گردد. همچنین ارزیابی شاخص عملکرد (PEC) نشان داد که مقدار این شاخص در تمامی شرایط بررسی شده بزرگ تر از یک است که بیانگر برتری عملکرد حرارتی نانوسیال نسبت به سیال پایه می باشد. بیشترین مقدار شاخص عملکرد، با افزایش حدود ۳۵.۳٪، در مدل دوفاز و در کسر حجمی ۶٪ نانوسیال پیش بینی شد که نشان دهنده دقت بالاتر این مدل در ارزیابی رفتار ترموهیدرولیکی نانوسیال است. نتایج حاصل، پتانسیل بالای نانوسیال روغن–SiO₂ را برای بهبود عملکرد جمع کننده های حرارتی خورشیدی سهموی خطی در کاربردهای صنعتی تایید می کند.

کلیدواژه ها:

جمع کننده حرارتی خورشیدی سهموی ، نانوسیال روغن–SiO₂ ، لوله جاذب ، جریان اجباری مغشوش