مدل سازی و بهینه سازی ترمودینامیکی اقتصادی، کالکتور خورشیدی صفحه تخت در حالت گذرا

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ولی عصر رفسنجان، رفسنجان

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ولی عصر رفسنجان، رفسنجان

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ولی عصر رفسنجان، رفسنجان

چکیده

هدف از انجام این پژوهش، بهینه ‌سازی ترمودینامیکی اقتصادی، کالکتور خورشیدی صفحه تخت و بررسی انتقال حرارت گذرا است. بطوریکه برای بدترین شرایط از نظر تشعشع، مدل ‌سازی و بهینه‌ سازی انجام می شود. روش پژوهش در این مقاله،  بهینه ‌سازی به کمک الگوریتم ژنتیک چند هدفه (NSGA-II)  می باشد که با نرم افزار متلب انجام شده است. اجزا اصلی توابع هدف‌‌‌‌‌‌‌، قیود و متغیرهای طراحی می باشدکه توابع هدف بازده کالکتور و قیمت کل سالانه می باشد. نتایج نشان می دهد، تاثیر افزایش طول کالکتور بر بازده ترمودینامیکی و قیمت کل سالانه ­ با افزایش طول، بازده کاهش و قیمت کل سالانه افزایش می یابد. علاوه بر این با افزایش عرض کالکتور، بازده ترمودینامیکی اول افزایش و سپس کاهش می یابد و قیمت کل سالانه زیاد می شود. همچنین با افزایش تعداد لوله ها، قیمت کل سالانه کاهش می یابد و بازده ترمودینامیکی اول افزایش، سپس کاهش می یابد. مقایسه ای میان نمودارهای بازده انرژی، اگسرژی و قیمت کل سالانه برای چهار روز متفاوت انجام شده است.   

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Iranian New Energy Organization (SANA) (2010). http://www.suna.org.ir. (in Persian)
 
[2] Martinopoulos, G., Missirlis, D., CFD modeling of a polymer solar collector, Renewable Energy, Vol. 35, pp. 1499–1508, DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2010.01.004, (2010).
 
[3] Anderson, B., Solar energy: fundamentals in building design, (1977).
 
[4] Stine, W.B., Power from the sun: principles of high temperature solar thermal technology, Solar Energy Research Inst., Golden, CO (USA), pp. (1987).
 
[5] Kalogirou, S.A., Solar energy engineering: processes and systems, Academic Press, DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374501-9.X0001-5, (2013).
 
[6] Kalogirou, S., The potential of solar industrial process heat applications, Applied Energy, Vol. 76, No. 4, pp. 337-361, DOI: https://doi.org/10.1016/S0306-2619(02)00176-9, (2003).
 
[7] Konttinen, P., Lund, P., Kilpi, R., Mechanically manufactured selective solar absorber surfaces, Solar energy materials and solar cells, 79, No. 3, pp. 273-283, DOI: https://doi.org/10.1016/S0927-0248(02)00411-7 (2003).
 
[8] Wackelgard, E., Niklasson, G., Granqvist, C., Selectively solar-absorbing coatings, Solar Energy: The State of the Art, J. Gordon, Ed., James & James Ltd., London, pp. 109-144, (2001).
 
[9] Pitz-Paal, R., Concentrating solar technologies: the key to renewable electricity and process heat for a wide range of applications. In Proceedings of the World Renewable Energy Congress VII on CD-ROM, Cologne Germany, (2002).
 
[10] Becker, Manfred, P.C. Klimas, J. M. Chavez, G.J. Kolb, and W. Meinecke, Second generation central receiver technologies (1993).
 
[11] Maddi Organi, V., Khadam Hosseini, H., Mathematical modeling of a solar water heater in Isfahan city and comparison of modeling results with experimental results, the first annual clean energy conference, Kerman, Iran, (2019). (in Persian)
 
[12] Tanzeen, S., Graham, L., Morrison, Gary Rosengarten, Thermal performance of a novel rooftop solar micro-concentrating collector, Solar Energy, Vol. 86, No. 7, pp. 1992–2000, DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2012.04.002, (2012).
 
[13] Rodríguez-Hidalgo, M.C., Rodríguez-Aumente, P.A., Lecuona, A., Gutiérrez-Urueta, G.L., Ventas, R., Flat plate thermal solar collector efficiency: Transient behavior under working conditions. Part I: Model description and experimental validation, Applied Thermal Engineering, 31, No. 14–15, pp. 2394–2404, DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.04.003, (2011).
 
[14] Ya-Ling, H., Jie, X., Ze-Dong, C., Yu-Bing. T., A MCRT and FVM coupled simulation method for energy conversion process in parabolic trough solar collector, Renewable Energy, Vol. 36, No. 3, 976–985, DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2010.07.017, (2011).
 
[15] Damir, D., Mladen, A., Numerically assisted analysis of flat and corrugated plate solar collectors thermal performances, Solar Energy, Vol. 86, pp. 2416–2431, DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2012.05.016 (2012).
 
[16] Rakesh Kumar, M., A. Rosen, Thermal performance of integrated collector storage solar water heater with corrugated absorber surface, Applied Thermal Engineering, Vol. 30, pp. 1764-1768, DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2010.04.007, (2010).
 
[17] Tajdaran, S., Bonatesta, F., Ogden, R., Kendrick, C., Use of CFD modelling for transpired solar collectors and associated characterization of multi-scale airflow and heat transfer mechanisms, Energy Procedia, Vol. 78, pp. 2238-2234, DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.344, (2015).
 
[18] Rahman, M.M., Saha, S. Mojumder, S., Naim, A.G., Saidur, R., Ibrahim, Talaat A., Effect of Sine-squared thermal boundary condition on augmentation of heat transfer in a triangular solar collector filled with different nanofluid, Numerical Heat Transfer, Part B, Vol. 68, pp. 53–74, DOI: https://doi.org/10.1080/10407790.2014.992058, (2015).
 
[19] Bahrehmand, D., Ameri, M., Energy and exergy analysis of different solar air collector systems with natural convection, Renewable Energy, Vol. 74, pp. 357-368, DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.08.028, (2015).
 
[20] Baughn, J.W., Young, M.F., The calculated performance of a solar hot water system for a range of collector flow rates, Solar Energy, Vol. 32, pp. 303-305, DOI: https://doi.org/10.1016/S0038-092X(84)80048-1, (1984).
 
[21] Oliva, A., Costa, M., Numerical simulation of solar collectors the effect of nonuniform and nonsteady state or theboundary conditions, Solar Energy, Vol. 5, pp. 359–373, DOI: https://doi.org/10.1016/S0038-092X(84)80048-1, (1991).
 
[22] Hilmer, F., Vajen, Ratka, A., Ackermann H., Fuhs, W., Melsheimer, O., Numerical solution and validation of a dynamic model of solar collectors working with varying fluid flow rate, Solar Energy, Vol. 65, pp. 305–321, DOI: https://doi.org/10.1016/S0038-092X(98)00142-X, (1999).
 
[23] Minn, M.A., Ng, K.C., Khong, W.H., Melvin, T., A distributed model for a Tedlar-foil flat plate solar collector, Renewable Energy, Vol. 27, pp. 507-523, DOI: https://doi.org/10.1016/S0960-1481(01)00175-6, (2002).
 
[24] Duffy, J., Beckman, W., Solar Engineering of Thermal Processes, Wiley & sons, New York. (1991).
 
[25] Lee, P.S., Garimella, S.V., Liu, D., Investigation of heat transfer in rectangular microchannels, J. Heat Mass Transf. Vol. 48, pp. 1688–1704, DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2004.11.019, (2005).
 
[26] Mitchell, J.W., Heat transfer from spheres and other animal forms, J. Vol. 16, pp. 561–569, DOI: https://doi.org/10.1016/S0006-3495(76)85711-6, (1976).