دراسة سلوك كفاءة السخان الشمسي المائي ذي دورة الثرموسيفون والحرارة الكامنة المخزنة

الباحث

حسين علي محمود

المشرف

علي داود سلمان - محمد فوزي محمد

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الميكانيكية / الهندسة الميكانيكية

الشهادة

ماجستير

السنة

2023

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Solar water heater;Thermosiphon;Latent heat storage;Phase change material

العمل الحالي عبارة عن دراسة عددية وتجريبية لسخان مياه شمسي غير التقليدي اعتمادًا على الحرارة الكامنة في المجال لسائل العمل (أي كحول الإيثانول) من خلال جامع مرتفع الحرارة. تضمنت الدراسة التجريبية الاختبارات التي أجريت من منصتي اختبار تجريبين تم تركيبهما في مدينة بغداد بزاوية ميل 45 درجة إلى الجنوب من )8 صباحًا حتى 4 مساءً). تتكون منصة الاختبار الأولى من سطح ماص ذو طلاء شمسي غير لامع بابعاد(50 سم x 100 سم) وسمك 0.5 و4 ملم سمك لغطاء أكريليك مزدوج. يتم اختبار الإيثانول بنسب ملء تبلغ 275 و 1100 بمعدل تدفق 25 لترّا/ساعة و 36 لترًا/ساعة في نفس الظروف البيئية في 18 و 19 و 28 و 29 يوليو 2022. بينما منصة الاختبار الثاني بأبعاد )80 سم عرضء طول 120 سم) مع غطاءين من الأكريليك. يتم توصيل الرأس العلوي(انبوب تجميع) بمقياس الضغط والصمام القابل للشحن بواسطة لوحة أنبوب شعرية معزولة (1 مم) لإخلاء الغاز غير القابل للتكثيف وشحن الإيثانول كسائل عامل. تم استخدام المبادل الحراري( (sub-cool heat exchanger بقطر خارجي )25 ،(ale وطول )200 ،(ale وقطر خارجي للأنبوب الداخلي )7.9 (ale ليقوم بامتصاص الحرارة من الايثانول المتكثف الخارج من خزان البخار ليدخل الايثانول باردأ الى الكولكتر. بعدها ينزل السائل االايثانول بتأثير الجاذبية ليعود الى المجمع. تضمنت الدراسة التجريبية أربعة نماذج اختبار رئيسية بنسب ملء )7.50 و UTS و 0 ولمعدلات التدفق (1 و 1.5) لتر/دقيقة. تم إجراء 24 اختبارًا للعفور على معدل التدفق الأمثل ونسب الملء وآلية تحسين الأداء الحراري. تتم هذه الآلية بالمقارنة بين ادخال نابض حلزوني محاط بعمود صلب وبدون إدخال. تم تطبيق جميع هذه الاختبارات في نظام الحلقة المغلقة والمفتوحة. في الدراسة العددية الحالية حدد معامل فقدان الحرارة الكلي وفقدان الحرارة من خلال جدار خزان التخزين عند استخدام غطاء أكريليك مزدوج تم تفريغه لتقليل معامل الخسارة من الاتجاه الأمامي ومقارنته بالنتائج المستخرجة من أول منصة اختبار تجريبية(منصة الاختبار الثانوية). تشمل النتائج النظرية أيضًا توزيع درجة الحرارة بين أغطية الأكريليك وصفيحة الامتصاص التي تصل إلى السائل العمل ومقارنتها بالنتائج المستخرجة من منصة الاختبار التجريبية الاساسية في ظل نفس الظروف البيئية باستخدام برنامج MATLAB تظهر النتائج التجريبية لأول منصة اختبارءان lel نسبة معامل فقدان الحرارة كانت 64/ في 28 يوليو بمعدل تدفق 25 لترًا في الساعة وكانت أقل نسبة معامل فقدان الحرارة 56/ في 29 يوليو بمعدل تدفق 36 لترًا/ساعة عند نسبة ملئ 100/. يتم الحصول على أعلى كفاءة يومية في حالة إدخال عمود صلب محاط بنابض حلزوني بنسبة 50/ ومعدل التدفق 1.5 لتر/دقيقة في نظام الحلقة المغلقة لمنصة الاختبار الثانية ( منصة الاختبار الرئيسية)حيث ارتفعت درجة حرارة خزان الماء من (29 إلى 76 درجة مئوية). الأداء الحراري في حالة الحلقة المغلقة أعلى من الحلقة المفتوحة لجميع الحالات المدروسة. تقدم النتائج العددية انخفاض في معامل فقدان الحرارة إلى 56/ في 28 يوليو 2022 و 47/ في 29 يوليو 2022 عند استخدام غطاء مزدوج أكريليك تم تفريغه لتقليل معامل الخسارة من الاتجاه الأمامي. حيث تم تخفيض الخسائر بنسبة 7/12 في 28 يوليو و 216 في 29 يوليو 2022. بين توزيع درجة الحرارة توافق جيدًا بين النتائج العددية والتجريبية. لذلك؛ فإن هذا الجامع لديه الأداء الحراري المطلوب ؛ ويمكن تطبيقه بشكل جيد في نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية.

The present work is a numerical and experimental study of non-traditional solar water heater depending on the domain latent heat for the intermediate working fluid (i.e., ethanol alcohol) through the thermosiphon-riser collector. The experimental study included tests conducted using two experimental test rigs installed in Baghdad city with a 45° tilt angle to the south from 8 am to 4 pm. The first-rig (secondary test-rig) consists of a matte painting solar absorber (50 cm x 100 cm) with a thickness of 0.5 mm and 4 mm for a double acrylic cover. The ethanol is tested with filling ratios of 75% and 100% at flow rates 251/h and 361/h under the same environmental and load conditions on 18, 19, 28, and 29 July 2022. The second rig (primary test-rig) with dimensions of 80 cm width and 120 cm length, with two acrylic covers. The top header is connected to the pressure gauge and chargeable valve by a Imm insulated capillary tube panel to evacuate the non- condensable gas and charge ethanol as a working fluid. The sub-cool heat exchanger tubes were used with an outer diameter of 25 mm, a length of 200 mm, and the inner tube outer diameter is 7.9 mm. The cold ethanol is entered into the collector to absorb heat from the condensed ethanol outside the steam tank. Then, the ethanol liquid comes down with the gravitational effect to return to the collector. In this experimental test rig, four models were made at filling ratios (50%, 75%, and 100%) and flow rates (1 and 1.5) l/min. Twenty-four tests were conducted to find the optimum flow rate, filling ratios, and the mechanism to improve the thermal performance. This mechanism is done by comparing the inserted helical spring around the core bar inside the thermosiphon-riser collector and without the inserted one. All these tests are applied in closed and open-loop systems. In the theoretical study, the overall heat loss coefficient and the heat loss through the wall of the storage tank when using a single evacuated acrylic-double side cover are determined to reduce the loss coefficient from the front direction and compare it with the results extracted from the first-rig (secondary test-rig). Also, the theoretical results include the temperature distribution between acrylic covers and absorber plate arriving at the working fluid and comparing it with the results extracted from the second-rig (primary test-rig) under the same environmental conditions using the MATLAB program. The experimental results showed that in the experimental study of the first test rig, the highest heat loss coefficient ratio was 64% on 28 July, with a flow rate of 25 //h and FR of 100%. The lowest heat loss coefficient ratio was 56% on 29 July at a flow rate of 36 //h and FR of 100%. The highest daily efficiency is obtained in the case of the inserted helical spring at a filling ratio of 50% and a flow rate of 1.5 l/min in a closed loop system for the primary test rig when the storage tank temperature increased from 29 to 76 C°. The thermal performance of a close loop system is higher than the open loop for all case studies. The numerical results present the heat loss coefficient decreases to 56% on 28 July 2022 and 47% on 29 July 2022 when using a single evacuated acrylic-double side cover to reduce the loss coefficient from the front direction. The losses were reduced by 12% on 28 July and 16% on 29 July 2022. Also, the temperature distribution presents a good agreement between numerical and experimental results. Therefore, this collector provides an ideal thermal performance when combined with a solar water heating system.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب