مطالعه عددي توليد آنتروپي براي بررسي برگشت‌ناپذيري جريان نانوسيال در گردآورنده خورشيدي صفحه تخت مجهز به نوار پيچشي

Numerical study of entropy generation to investigate irreversibilities of nanofluid flow in solar flat plate collector equipped with twisted tape

در اين مقاله، توليد آنتروپي نانوسيال اكسيد آلومنيوم-آب در يك گردآورنده خورشيدي صفحه تخت مجهز به نوار پيچشي مورد بررسي قرار گرفته است. نرم افزار تجاري Ansys-Fluent به منظور شبيه‌سازي عددي بهره گرفته شده است. مدل آشتفگي k-ε تحقق‌پذير براي شبيه سازي جريان آشفته استفاده گرديده است. تحليل ميزان توليد آنتروپي مي‌تواند به بهترين طراحي از نظر قانون دوم ترموديناميك كمك نمايد. تاثيرات چيدمان نوار پيچشي و عدد رينولدز، بر توليد آنتروپي اصطكاكي و حرارتي، نمايش داده شده است. با افزايش نسبت قطر و پيچش، انتقال گرما افزايش يافته است. بنابراين توليد آنتروپي حرارتي با افزايش اين پارامترها افزايش يافته اما رفتار معكوسي براي توليد آنتروپي اصطكاكي شده است كه به علت افزايش گراديان سرعت مي‌باشد. كمترين مقادير آهنگ توليد آنتروپي حرارتي و اصطكاكي به ترتيب W/m3K4748/13 و W/m3K17/33 به دست آمده است. همچنين، عدد بيجان، با افزايش عدد رينولدز، نسبت قطر و پيچش، كاهش يافته است. بهترين طراحي متعلق به حالتي است كه بيشترين راندمان قانون دوم ( حدود 68 درصد) كه به ازاي بيشترين مقدار نسبت پيچش، قطر و عدد رينولدز رخ داده است.

In this paper, entropy generation of Al2O3-water nanofluid in a solar flat plate collector with twisted tapes has been investigated numerically. ANSYS Fluent commercial software has been used for numerical simulation. Realizable k-ε turbulence model was applied for turbulent flow modeling. The analysis of entropy generation can help to best design from theory of the second law of thermodynamics. Influences of arrangements of the twisted tape and Reynolds number on frictional and thermal entropy generations have been presented. By increasing the diameter ratio (D*) and revaluation of ratio (N), the heat transfer rate is increased. So, the thermal entropy generation is reduced with rise of such parameters but opposite trend is observed for friction entropy generation due to the increase of the velocity gradient. The smallest values of thermal and frictional entropy generations rate are obtained 4748.13 W/m3K and 17.33 W/m3K, respectively. Moreover, Bejan number decreases with increase of D*, N and Re. The best design belongs to the case with highest second law efficiency (about 68%) which is occurred for greatest diameter ratio, revaluation of ratio and Reynolds number.