Title of article :
Design and Simulation of Air-Solar Preheating Unit: An Improved Design of a Flat Plate Solar Collector
Author/Authors :
Nnamchi, S. N. Department of Mechanical Engineering - School of Engineering and Applied Sciences - Kampala International University - Kampala, Uganda , Nnamchi, O. A. Department of Agricultural Engineering and Bio Resources - Michael Okpara University of Agriculture - Umuahia, Nigeria , Sangotayo, E. O. Department of Mechanical Engineering - School of Engineering and Applied Sciences - Kampala International University - Kampala, Uganda , Ismael, S. A. Department of Mechanical Engineering - School of Engineering and Applied Sciences - Kampala International University - Kampala, Uganda , Nkurunziza, O. K Department of Mechanical Engineering - School of Engineering and Applied Sciences - Kampala International University - Kampala, Uganda , Gabriel, V. Department of Electrical/Telecommunication/Computer Engineering - SEAS - Kampala International University - Kampala, Uganda
Pages :
12
From page :
97
To page :
108
Abstract :
The design of a flat-plate solar collector (FPSC) is accomplished by multiple input multiple output (MIMO) design technique. The design variables (absorber, fluid and glass temperatures; length, width, height of the FPSC) were the unknown variables in the commensurate thermal balance equations based on; component, overall and yardstick thermal balance on the FPSC. Then, simulator matrices were setup comprising of coefficient and column matrices of design functions. The elements of the coefficient matrix were the partial derivatives of the design functions with respect to the design variables. Besides the convective and radiative heat transfer coefficients were function of the design variables. The initial values of the design variables (307K, 334.5K, 368K, 2 m, 1 m, and 0.045m, respectively) were set, at the seventh iteration, the output variables (306.9K, 339.15K, 368.1K, 2.01m, 1.005m, 0.04m, respectively) merged as the design functions → 0 with insignificant change in the design variables. The output results were used to simulate FPSC, to track its responses to changes in the physical conditions, the stimulation revealed some constraints in the design of the FPSC, which is vital information for the overall optimization of the FPSC. The design yardsticks; the thermal efficiency (0.76) and the effectiveness (0.4) are quite pragmatic. This shows that MIMO technique to thermal system design is effective as convergence among the design variables was sought. Moreover, MIMO considered all thermal losses instead of basing the yardsticks on top loss overall transfer coefficient alone; thus, neglecting sidewalls and base losses. Moreover, the advent of connecting box prepares the preheating unit for high temperature drying (> 150 oC) on integration with a reheating unit.
Farsi abstract :
طراحي يك كلكتور خورشيدي با صفحه صاف ( FSPC ) با استفاده از تكنيك طراحي ورودي چند خروجي مختلف ( MIMO ) انجام مي شود. متغيرهاي طراحي دماي جاذب، سيال و شيشه؛ طول، عرض، ارتفاع FPSC متغيرهاي ناشناخته در معادلات موازنه حرارتي متناسب بر اساس موازنه گرمايي اجزا، كلي و معياري بر FPSC ، بودند. سپس، ماتريس شبيهسازي شامل ضريب و ماتريس ستون توابع طراحي تنظيم شد. عناصر ماتريس ضريب، با توجه به متغيرهاي طراحي، مشتقات جز ئي از توابع طراحي بودند. علاوه بر اين ضريب انتقال حرارت همرفتي و تابشي تابعي از متغيرهاي طراحي بود ند. مقادير اوليه متغيرهاي طراحي )به ترتيب K 307 ، K 5 / 334 ، K 368 ، m 2 ، m 1، و m 045 / 0 ( تعيين شد، در هفتمين تكرار متغيرهاي خروجي طراحي )به ترتيب K 9 / 306 ، K 15 / 339 ، K 1 / 368 ، m 01 / 2 ، m 005 / و m 04 / 0 ( به عنوان توابع طراحي 0 با تغيير ناچيز در متغيرهاي طراحي ادغام شدند. نتايج خروجي براي شبيه سازي FPSC ، براي رديابي پاسخ آن به تغييرات در شرايط بد ني مورد استفاده قرار گرفت، تحريك برخي محدوديتها در طراحي FPSC را نشان داد، كه اطلاعات حياتي براي بهينه سازي كلي FPSC است. معيارهاي طراحي؛ راندمان حرارتي ( 76 / 0) و اثر بخشي ( 40 / 0 ) كاملاً عملي است. اين نتايج نشان ميدهد كه تكنيك MIMO به طراحي سيستم حرارتي به عنوان همگرايي بين متغيرهاي طراحي مؤثر است. علاوه بر اين، MIMO تمام افتهاي حرارتي را به جاي اينكه معيارهاي اصلي را روي ضريب انتقال كلي افت بالا بگذارد، در نظر گرفت و بدين ترتيب جدارهاي جانبي و اتلافات اساسي را ناديده گرفت. علاوه بر اين، ظهور جعبه اتصال، واحد گرمايش قبل از خشك شدن دماي بالا < 150 درجه سانتيگراد را براي ادغام با واحد گرمايش آماده مي كند.
Keywords :
Air Solar Preheating Unit , Efficiency , Multiple Input Output Design , Optimum Design , Simulation , Solar Energy
Journal title :
Iranian Journal of Energy and Environment
Serial Year :
2020
Record number :
2580811
Link To Document :
بازگشت