بررسي عددي مشخصه‌هاي جريان نانوسيال و انتقال حرارت در يك كلكتور خورشيدي سهموي خطي

Numerical Study of Nanofluid Flow and Heat Transfer Characteristics in Linear Parabolic Trough Solar Collector

در پژوهش حاضر رفتار و عملكرد جريان نانوسيال در يك كلكتور خورشيدي سهموي (پارابوليك) خطي، شبيه‌سازي و مطالعه شده است. جريان به‌صورت سه‌بعدي، آشفته و تراكم‌ناپذير در نظر گرفته شده است. مدل‌سازي جريان به‌صورت تركيبي از روش مونت كارلو (MCRT) و شبيه‌سازي عددي بود كه به‌ترتيب توسط نرم‌افزارهاي soltrace و انسيس فلوئنت اجرا گرديد. شار تابشي بازتابيده شده از آينه بر روي لوله جاذب توسط نرم‌افزار soltrace محاسبه شد و توسط كد UDF به انسيس فلوئنت معرفي گرديد. خواص ترموفيزيكي شامل دانسيته، گرماي ويژه، ضريب هدايت حرارتي و لزجت، تابعي از دما در نظر گرفته شد. مشاهده شد كه در عدد رينولدز 1000 و در دو كسر حجمي 2 و 5 درصد ميزان افزايش ضريب انتقال حرارت براي اكسيدآلومينيوم به‌ترتيب 3 و 11 درصد، براي پودر مس 7 و 15 درصد و پودر نقره 7 و 42 درصد است. در عدد رينولدز 15000 به‌ترتيب اكسيدآلومينيوم 8 و 33 درصد، پودر مس 9 و 29 درصد و پودر نقره 8 و 25 درصد افزايش را نشان مي‌دهد. نتايج نشان داد كه با ثابت ماندن عدد رينولدز، ميزان ضريب انتقال حرارت با افزايش مقدار حجمي نانوسيال، افزايش مي‌يابد. همچنين مشاهده شد كه عملكرد نانوذره پودر نقره در اعداد رينولدز پايين، بهتر از ديگر نانوذرات بود و با افزايش عدد رينولدز از ميزان عملكرد آن كاسته مي‌شود. عملكرد اكسيدآلومينيوم برخلاف پودر نقره در عدد رينولدز كم مطلوب نمي‌باشد ولي با افزايش عدد رينولدز، عملكرد آن بهبود مي‌يابد.

In the present study, the performance of nanofluid flow in a Linear Parabolic Trough Solar Collector was simulated and studied. The flow is considered three-dimensional, turbulent and incompressible. Flow modeling is a combination of Monte Carlo Ray Tracing (MCRT) and numerical simulation which was implemented by Soltrace and Ansys Fluent software, respectively. The radiative flux reflected from reflector on the absorber tube was calculated by Soltrace software and introduced to Ansys Fluent by UDF code. Thermophysical properties including density, specific heat, thermal conductivity and viscosity were considered as a function of temperature. It was observed that in Reynolds 1000 number and in two volume fractions of 2 and 5 percent, the enhancement of heat transfer coefficients were respectively 3 and 11 percent for Al2O3, 7 and 15 percent for copper powder (Cu), and 7 and 42 percent for silver powder (Ag). In Reynolds number 15,000, increases of 8 and 33 for Al2O3, 9 and 29% for copper powder (Cu), and 8 and 25% for silver powder (Ag) were respectively observed. The results showed that at a constant Reynolds number, the heat transfer coefficient increased with increased nanofluid volume. It was also observed that the performance of silver powder (Ag) nanoparticles at low Reynolds numbers was better than other nanoparticles, but it decreased with increasing Reynolds number. Unlike silver powder (Ag), the performance of Al2O3 at low Reynolds number was insufficient, but improved with increasing Reynolds number.