التحقق من الأداء الحراري لمجمع الهواء الشمسي باستخدام مادة متغيرة الطور داخل عوائق عمودية
Thermal Performance Investigation of Solar Air Collector with Phase Change Material in Column Obstruction
- الباحث
- علياء محمد فاضل
- المشرف
- جلال محمد جليل - غسان عبد الحسين بلال
- الجامعة
- الجامعة التكنولوجية
- الكلية / القسم
- قسم الهندسة الكهروميكانيكية / الهندسة الكهروميكانيكية
- الشهادة
- ماجستير
- السنة
- 2022
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Solar air collector;Phase change material;Column obstruction;Thermal performance
الملخص
يستخدم مجمع الهواء الشمسي بشكل شائع لتجفيف المحاصيل الزراعية Ge الفواكه والخضروات والبذور والعمليات الصناعية وكذلك في تدفئة المساحات. استخدمت الطريقة المقترحة لتحسين الأداء الحراري للمجمعات الشمسية التقليدية تجريبيا وعدديا بإضافة عوائق أسطوانية عمودية مملوءة بشمع البارافين al StS لمادة متغيرة الطور. حقق هذا التصميم فائدتين: الأولى هي استخدام العوائق كأسطح صناعية فعالة من خلال Ged لشدفق الهواء على طول ارتفاع المجرى الهوائي؛ والشانية هو اسئخدامها كمستودع حراري والاستفادة منها أثناء مغيب الشمس. كانت الأبعاد الكلية لنموذج المجمع الهوائي الشمسي 1250 ملم في الطول ©، 760 ملم في العرض ٠. و50 ملم في العمق ٠. مع 60 من العوائق ألاسطوانية Anes على سطح لوحة الامتصاص ويبلغ ارتفاعها 40 ملم وقطرها 28 ملم. كانت كمية شمع البارافين حوالي 2 كغم مع مدى لنقاط الانصهار 52-48 درجة مئوية. تم إجراء التحقيق التجريبي داخل غرفة معزولة بظروف جوية مختبرية من خلال استخدام تصميم جديد لمحاكاة اشعة الشمس وزوايا الاشعاع الشمسي والذي يكون على شكل قوس لمحاكاة مجموعة واسعة من شدة الاشعاع وفقا للبيانات التي سجلتها هيئة الأرصاد الجوية العراقية والرصد الزلزالي في بغداد في عام 2020 . بمعدلات تدفق هواء 0.01531 ، 0.02321 و 73 كغم / شانية. تم التحكم في مقدار الإشعااع الشمسي ومعدلات تدفق الكتلة الهوائية بواسطة دائرة سيطرة رقمية مع شاشة مراقبة لتسجيل درجات الحرارة كل 5 دقائق. تم استخدام نموذج رياضي يعتمد على مخطط الحجم المحدود مع نهج خوارزمية 1218 5لحل شلائي الأبعاد لحالة 4224 ومضطربة وتدفق الحمل القسري في برنامج فورتران 90 .تم clos! محاكاة عددية لشلاث حالات 6 لوحة مسطحة بدون عوائق . لوحة مسطحة مع العقبات او العوائق . ولوحة مسطحة مع العوائق ومملوءة بشمع البارافين. ثم تقسيم المجال الحسابي إلى أحجام شبكية في الإحدائيات الديكارتية )43 . 11 © 27) . وقسمت العوائق إلى (5 6 11 2 5). أظهرت النتشّائج أنه نّم الوصول إلى أقصى فرق في درجة الحرارة 30 درجة مئوية مكحت تأثئير الإشعاع البالغ 950 bis / م2 ومعدل تدفق كّتلة 0.01531 كغم / AHL (مع وجود عوائق . بدون Balk متشغيرت الطور).اما بالنسبة لشدة الاشعاع الشمسي المخئلفة ومعدلات تدفق الكتلة الهوائية البالغة (0.01531 . 0.02321 ، 0.02973 كغم / شانية) ase الحصول على فرق درجات حرارة بين الهواء الداخل والخارج من المجمع الهوائي الشمسي بعد مغيب الشمس بمقدار: سا عتان مع 4.1-10.12 درجة مئوية . ساعتان عند 2.9-7.8 درجة مئنوية . و ساعتّان مع 1.5-5 درجة مئوية. كان الفرق بين Sata العددية والتجريبية مقبولا وبنسبة خطا بلغت تقريبا 7.6 بالمئة.
Abstract
Solar air collector (SAC) is commonly used for the drying of agricultural products such as fruits, vegetables, seeds, industrial processes, and space heating. The present work is devoted to improve the thermal performance of traditional collectors experimentally and numerically, by adding vertical cylindrical obstacles filled with paraffin wax as a phase change material (PCM). This design provided two benefits: the first was the use of obstacles as effective artificial surfaces by contact them with the air flow along the channel height; and the second was their use as heat storage and utility during the absence of the sun. The collector model's overall dimensions were 1250 mm in length, 760 mm in width, and 50 mm in depth. 60-cylinder capsules are welded to the surface of the absorber plate with 40 mm in height and 28 mm in diameter. The amount of paraffin wax was about 2 kg with melting points of 48-52 oC. In order to simulate a wide range of intensities according to the data collected by the Iraqi Meteorological Organization and Seismology for Baghdad in 2020, the experimental investigation was carried out indoors using a new design of sun simulator in the shape of an arc, with airflow rates of 0.01531, 0.02321, and 0.02973 kg/s. Amount of solar radiation and air mass flow rates were controlled by a dimmer circuit with 2 Arduino and monitoring screen. A mathematical model based on finite volume scheme was used with the SIMPLE algorithm approach to solve 3-D of steady state, turbulent, and forced convection flow in FORTRAN 90. Numerical simulation was carried out for three cases, flat plate without obstacles, flat plate with obstacles, and flat plate with obstacles and PCM. The computational domain was divided into grid sizes in cartesian coordinates (43, 11, 27), and the obstacles were divided into (5, 11, 5). The results show that the maximum temperature difference reached 30 oC under the impact of radiation of 950 W/m2 and a mass flow rate of 0.01531 kg/s (with obstacles, no PCM). For various sun intensities and air mass flow rates of (0.01531, 0.02321, and 0.02973 kg/s), the storage period and air temperature difference were achieved: 2 h with 10.12-4.1 oC, 2 h with 7.8-2.9 oC, and 2 h with 5-1.5 oC. The difference between the numerical and experimental results was acceptable and the average deviation between them was 7.6%.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.