پایان نامه ارشد رایگان با موضوع آبگرمکن خورشیدی، دبی جریان، شرایط آب و هوایی، انرژی خورشیدی

دانلود پایان نامه

بکارگیری تکنولوژی ردیابی خورشید در طول روز می باشد. مبنای آنالیز صورت گرفته در این مقاله مانند تحقیق صورت گرفته توسط هاو بن و وانگ ژیائو [9] استفاده از تئوری فرایند سه مرحاه ای است. داده های تجربی مورد استفاده در دسامبر 2005 و آوریل 2006 در کشور تایلند استخراج شده اند. نتایج بدست آمده برای راندمان اگزرژتیک نشان دهنده‌ی راندمان % 9/0 است. راندمان انرژی سیستم نیز برابر با % 28 بدست آمده است.
در سال 2006 حسین گونرهان و آریف هپباسلی [12] یک مدل آب گرمکن خورشیدی مداربسته با جابجایی اجباری با کلکتور صفحه تخت را مورد بررسی قرار دادند. اهداف آنها از این تحقیق 1) ارائه مدل و ارزیابی کامل از آبگرمکنهای خورشیدی با استفاده از آنالیز اگزرژی 2) تحقیق در مورد تاثیر تغییر در دمای آب ورودی به کلکتور روی راندمان اگزرژی سیستم 3) مطالعه روی برخی پارامترهای ترمودینامیکی 4) پیشنهاد و ارائه نمودارهای راندمان اگزرژتیک و راندمان حرارتی برای یک سیستم پیشنهادی می باشد. در راستای دستیابی به اهداف فوق ابتدا روابط تئوری مورد نیاز ارائه شده و سپس داده های مورد نیاز در این روابط از آزمایشات تجربی در کشور ترکیه بدست آمده است. نتایج نشان می دهند که بیشترین تلفات اگزرژی ( برگشت ناپذیری ) در کلکتور و پس از آن در مبدل حرارتی و پمپ سیرکولاسیون اتفاق می افتد. راندمان اگزرژتیک بدست آمده برای کل سیستم حدود % 4 است. نتایج بدست آمده می تواند در پیدا کردن مکان، نوع و میزان درست تلفات انرژی مفید باشد.
در سال 2007 ویورل بادسکو [13] با در نظر گرفتن دبی جریان آب به عنوان پارامتر کنترل به بررسی تاثیر تغییرات آن بر راندمان اگزرژتیک آبگرمکن خورشیدی مدار باز با کلکتور صفحه تخت پرداخته است . برای این منظور از یک مدل واقعی کلکتور استفاده شده که با تحقیقات مشابه صورت گرفته در گذشته قابل مقایسه است. ابزار دوم در این تحقیق استفاده از تکنیکهای بهینه سازی عددی به وسیله ی برنامه ریاضی تامپ است که امکان دستیابی به مدلهای ریاضی وابسته به زمان که به مدلهای واقعی نزدیکتر باشد را فراهم می کند. علاوه بر این در این تحقیق از داده‌های گسترده ی هواشناسی که توسط موسسه‌ی هواشناسی رومانی در بخارست اندازه گیری شده استفاده شده است. نتایج بدست در ماه ژانویه نشان می دهد راندمان اگزرژتیک کمتر از % 3 است. همچنین نتایج نشان می دهند که مقادیر بیشینه‌ی راندمان اگزرژی با مقادیر کمتر دبی جریان ورودی به کلکتور متناظر است و دبی جرمی بهینه جریان با افزایش دمای سیال ورودی به کلکتور افزایش می یابد ولی ارتباط بین دبی جرمی و دمای محیط بسیار کم است. میزان دبی بهینه در حوالی طلوع و غروب خورشید افزایش یافته اما در طول روز ثابت است. در این مقاله همچنین تغییرات راندمانهای انرزی و اگزرژی در فصول مختلف بررسی شده و نتایج آن نشان دهنده ی این امر است که راندمان انرژی در تمام فصول کمتر از % 35 می باشد و میانگین روزانه‌ی آن با افزایش دمای سیال ورودی کاهش می یابد. راندمان اگزرژتیک هم به طور کلی کمتر از % 3 خواهد بود.
در سال 2008 گاپتا و کاشیک [14] به منظور تعیین پارامترهای عملکرد بهینه جهت دستیابی به اگزرژی خروجی بالاتر در گرمکن های هوایی خورشیدی به بررسی تاثیر پارامتر نسبت طول به عرض صفحه جاذب و عمق بهینه کانال هوا ( فاصله بین جاذب و صفحه پایینی ) پرداختند بررسی ها در این تحقیق با فرض مقادیری برای دماها و شدت تابش و استفاده از آنها در روابط تئوری ذکر شده صورت گرفته است. نتایج نشان می‌دهد نرخ انرژی خروجی (توان ) با افزایش پارامترهای دبی جریان و نسبت طول به عرض صفحه جاذب، افزایش و در مقابل با افزایش عرض کانال و دمای ورودی کاهش می‌یابد. بررسی های انجام شده بر پایه آنالیز اگزرژی نشان می دهد که عملکرد کلکتور به صورت یکنواخت افزایشی با نسبت طول به عرض صفحه جاذب و دبی و کاهشی با عمق کانال هوا و دمای ورودی تغییر نمی‌کند.
در سال 2008 ای. آزاد [15] به آنالیز تئوری و تجربی یک کلکتور صفحه تخت که در آن بجای مجاری سیال زیر سطح جاذب از لوله‌های حرارتی استفاده شده پرداخته است. نتایج نشان دهنده‌ی راندمان حرارتی بالاتر این سیستمها به نسبت کلکتورهای صفحه تخت معمولی است.
در سال 2009 سعید فراهت و همکارانش [16] تحقیقی برای طراحی و بهینه سازی کلکتورهای صفحه تخت بر پایه آنالیز اگزرژی انجام دادند تا به وسیله ی آن راندمان و پارامترهای طراحی بهینه ی این سیستمها مشخص شوند. از آنجائیکه آنالیز اگزرژی وابستگیهایی به آنالیز انرژی سیستم دارد ابتدا مروری بر روابط مربوط به تحلیل انرژی و راندمان انرژی کلکتورهای صفحه تخت صورت گرفته و پس از آن به بررسی معادله موازنه ی اگزرژی سیستم پرداخته شده است. روابطی که برای تحلیلهای انرژی و اگزرژی بدست آورده شده به یک برنامه محاسباتی در نرم افزار مطلب منتقل شده اند که در آن بیشتر پارامترهای هواشناسی و شرایط عملکرد سیستم را می‌توان به عنوان متغیر در نظر گرفت که هدف آن بیشینه کردن راندمان اگزرژی سیستم است. با توجه به شرایط طراحی در نظر گرفته شده نتایجی برای بهینه سازی پارامترهای مختلف بدست آمده که مقایسه ی آنها با نتایج تحقیق انجام شده توسط لومینوسا و فارا [8] از دقت بیشتری برخوردار می باشند. تاثیر پارامترهای موثر در طراحی از جمله دمای ورودی سیال، دمای محیط، قطر لوله ها، سرعت باد، راندمان اپتیکی سیستم و میزان انرژی تابش خورشید بر واحد سطح نیز روی راندمان اگزرژی مو
رد بررسی قرار گرفته است. که نتایج بدست آمده نشان می دهد افزایشانرژی تابش خورشید بر واحد سطح موجب افزایش راندمان اگزرژی می‌شود. از طرف دیگر راندمان اگزرژی با افزایش دمای محیط و سرعت باد به سرعت کاهش می یابد و از آنجائیکه این پارامترها در طول روز تغییر می کنند برای دستیابی به راندمان اگزرژی بالاتر، پارامترهای دیگر و شرایط عملکردی کلکتور نیز باید در طول روز متغیر باشند و طراحی کلکتور خورشیدی باید بر پایه میانگین روزانه این پارامترها صورت گیرد. افزایش دمای ورودی قبل از رسیدن به یک دمای خاص که همان دمای بیشینه نمودار تغییرات η_ex بر حسب دمای ورودی است، موجب افزایش راندمان اگزرژی می شود ولی پس از آن راندمان اگزرژی به سرعت کاهش می‌یابد. پارامترهای طراحی مانند قطر لوله نیز تاثیر ناچیزی بر راندمان اگزرژی دارند.
در سال 2010 ماجد حاضمی و همکارانش [17] به منظور بر طرف کردن مشکلات استفاده از آبگرمکنهای خورشیدی نظیر هزینه ی بالا و نیاز به سیستم گرمایش کمکی خصوصاً در زمستان، اقدام به طراحی و ساخت یک کلکتور یکپارچه با هزینه ی پایین که سطح جاذب آن از لایه نازک بتن تشکیل شده در کشور تونس کرده اند. برای این کلکتور مزایایی شمرده شده که از جمله آنها عملکرد و نگهداری ساده و آسان، مواد اولیه ساده و در دسترس عدم نیاز به مخزن ( به دلیل یکپارچه بودن سیستم ) و عدم نیاز به سیستم کنترلی یا کمکی می باشند. تلاش محققین در این مقاله در راستای تخمین عملکرد این سیستمها در شرایط آب و هوایی تونس انجام شده که شامل تحلیل انرژی، اگزرژی و اقتصادی سیستم می باشد. پس از مشخص کردن روابط مورد استفاده جهت تحلیل انرژی و اگزرژی سیستم به صورت تجربی به جمع آوری اطلاعات مورد نیاز پرداخته شده تا از این داده‌های بدست آمده در روابط مشخص شده استفاده گردد. جمع آوری داده ها در ماههای نوامبر و فوریه صورت گرفته است. بررسیهای انجام گرفته روی تاثیر شدت تابش بر دمای آب خروجی از کلکتور نشان دهنده‌ی افزایش دمای آب همراه با افزایش شدت تابش است، نکته‌ی دیگر مشاهده شده تاخیر 35 دقیقه ای بین زمان اوج تابش و زمان اوج درجه حرارت آب است که علت آن استفاده از سطح جاذب بتونی و اینرسی موجود در آن است. عملکرد حرارتی کلکتور با استفاده از تغییرات انتقال حرارت مفید Q_u در طول روز بر حسب شدت تابش مورد بررسی قرار گرفته و نتیجه‌ی آن نشان دهنده ی وابستگی Q_u به عایقکاری و اختلاف دما در داخل کلکتور است. همچنین بررسی صورت گرفته نشان دهنده ی راندمان انرژی % 32 برای عملکرد برای عملکرد بلند مدت کلکتور با میانگین شدت تابش w⁄m^2 750 و دمای محیط 21 درجه سانتی گراد می باشد. نتایج بررسی صورت گرفته روی راندمان انرژی و اگزرژی در طول روز نشان دهنده ی حداکثر بودن راندمانها در ساعت 1 بعد از ظهر می باشد. همچنین نتایج نشان می دهد که دو کمیت اگزرژی ذخیره شده در سیستم و اگزرژی هدر رفته به عایقکاری سیستم و اختلاف دمای بین محیط و سطح بتنی وابسته است. همچنین مقایسه ای بین این سیستم و آبگرمکنهای خورشیدی که به طور معمول مورد استفاده قرار می گیرند صورت گرفته که نشان دهنده ی بالاتر بودن میانگین راندمان انرژی و کمتر بودن راندمان اگزرژی این سیستم در مقایسه به سیستمهای معمول مورد استفاده می باشد. اما با توجه به تحلیل اقتصادی ذکر شده استفاده از کلکتور یکپارچه ساخته شده در این تحقیق به دلیل پایینتر بودن هزینه اولیه و نزدیکی عملکرد نسبت به سیستمهای معمول مورد استفاده صرفه اقتصادی بیشتری دارد.
در سال 2011 ال. ام. آیومپ و همکارانش [18] به مقایسه‌ی تجربی عملکرد دو آبگرمکن خورشیدی با کلکتورهای صفحه تخت لوله‌ای خلاء هیت پایپ در مدت یک سال و در شرایط آب و هوایی یکسان پرداختند. حرارت تولید شده توسط هر متر مربع از کلکتورهای صفحه تخت و لوله‌ای خلاء در طول یک سال برابر 496 kWh/m2 و 681 kWh/m2 بوده است. همچنین میانگین سالیانه راندمان حرارتی کلکتورهای صفحه تخت و لوله‌ای خلاء برابر 46.1% و 60.7% بدست آمده است. کاهش تلفات حرارتی کلکتور به واسطه‌ی خلاء در کنار راندمان بالای هیت پایپها باعث ایجاد تفاوت بین راندمانهای حرارتی کلکتورهای صفحه تخت و لوله‌ای خلاء هیت پایپ شده است.
1-3) روش کار و تحقیق
در این پایان نامه ابتدا مروری بر انواع کلکتورها و سیستمهای آبگرمکن خورشیدی صورت خواهد گرفت. سپس به معرفی آنالیز قانون و مقایسه‌ی آن با آنالیز قانون اول ترمودینامیک خواهیم پرداخت. کمیت اگزرژی در این بخش تعریف شده و رابطه‌ی آن با بازگشت‌ ناپذیریهای داخلی و تولید آنتروپی در فراینها نشان داده خواهد شد. در مرحله‌ی بعد روابط مورد نیاز جهت آنالیز انرژی و اگزرژی دو نمونه کلکتور خورشیدی صفحه تخت و لوله‌ای خلاء مورد بررسی قرار خواهند گرفت. روابط بدست آمده در این مرحله توسط آزمایشات عملی روی کلکتورهای موجود در سایت انرژی خورشیدی دانشگاه آزاد واحد تهران جنوب مورد ارزیابی قرار گرفته و در مرحله‌ی بعد با استفاده از این روابط تئوری و نرم‌افزار مطلب به بررسی تاثیر برخی از پارامترهای طراحی کلکتور روی راندمانهای انرژی و اگزرژی آن خواهیم پرداخت.

مطلب مشابه :  منبع تحقیق دربارهسفیدی، سوسیس‏های، میزان، ماهی

فصل دوم

کلکتورهای خورشیدی

فصل دوم : کلکتورهای خورشیدی
کلکتورهای خورشیدی به عنوان مهمترین بخش در سیستمهای حرارتی خورشیدی شناخته می شوند. کلکتور خورشیدی نوع خاصی از مبدل است که انرژی تشعشع خورشید را به ح
رارت تبدیل می کند اما از جهات مختلف با مبدلهای حرارتی تفاوت دارد. در مبدلهای گرمایی، گرما معمولا از طریق جابجایی یا هدایت به سیال دیگر منتقل می شود و انتقال گرما از طریق تابش در آنها بسیار ناچیز است درحالیکه در یک کلکتور خورشیدی، انتقال حرارت از طریق تابش نقش اساسی دارد و همچنین در کلکتور خورشیدی انرژی از منبع دوردست به سیال منتقل می شود. میزان تابش انرژی خورشیدی بدون متمرکز کردن آن در بهترین شرایط عملی حدود w/m2 1100 است ، که البته این میزان با شرایط جوی تغییر می کند [19]. کلکتورهای خورشیدی را بطور کلی می توان به سه گروه عمده تقسیم نمود : کلکتورهای صفحه تخت6 ، کلکتورهای لوله ای خلاء7 و کلکتورهای متمرکز کننده8. در این بخش نگاهی اجمالی به این سه نوع کلکتور ، انواع و اجزاء و کاربردهای آنها خواهیم داشت.
2-1 ) کلکتور صفحه تخت
متداولترین کلکتور مورد استفاده در جهان ، کلکتور صفحه تخت است. این کلکتور عموماً در مواردی که نیاز به انتقال انرژی در دمای میانه (نهایتاً تا 100 درجه سانتیگراد بالای دمای محیط) دارند مورد استفاده قرار می‌گیرد . همچنین این کلکتورها برای استفاده از انرژی تابشی مستقیم9 و پراکنده10 بدون نیاز به ردیاب خورشید مناسبند. کلکتورهای صفحه تخت از لحاظ مکانیکی از کلکتورهای لوله ای خلاء و متمرکز کننده ساده ترند و بیشترین مصرف آنها در آبگرمکنهای خورشیدی و سیستمهای گرمایشی و تهویه مطبوع ساختمانها و فرایندهای حرارتی صنعتی می باشد [19].
2-1-1) ساختمان کلکتور صفحه تخت :
2-1-1-1) صفحه جاذب انرژی خورشید11 جهت انتقال انرژی جذب شده از خورشید به سیال:
صفحه جاذب اصلی ترین جزء کلکتور خورشیدی است که عمل جذب تابش خورشیدی و انتقال گرما به سیال عامل توسط این قسمت انجام می گیرد. صفحه جاذب می‌بایست دارای ضریب هدایت حرارتی و ضریب جذب تشعشع بالا و ضریب صدور پایین بوده و همچنین در مقابل خوردگی داخلی و خارجی مقاوم باشد. خوردگی خارجی در نتیجه رطوبت موجود در محفظه کلکتور بوجود می آید که این رطوبت ممکن است توسط نشتی های اطراف محفظه، داخل شدن آب باران یا در نتیجه قطرات چگالیده شده از شیشه بوجود می آید. ( صفحات فولادی حتی اگر روکش داشته باشند، باز هم در مقابل خوردگی خارجی حساسند ). خوردگی داخلی در اثر تماس سیال عامل با لوله ها یا حضور مواد نامتشابه12 در داخل لوله ها بوجود می آید. سیال عامل شامل مقدار زیادی اکسیژن است و اگر سیستم کاملا آب‌بندی نشده باشد، ممکن است باعث اکسیژن زایی موادی همانند فولاد شود که در مقابل خوردگی مقاومت کمی دارد.
موادی مانند مس، آلومینیوم و فولاد ضد زنگ در ساخت صفحات جاذب مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجایی که این مواد به تنهایی جذب کننده های خیلی خوبی نیستند، با استفاده از روکش می توان قابلیت جذب صفحه را افزایش داد. این روکشها که به آنها روکش انتخابی13 گفته می‌شود موجب افزایش کیفیت جذب برای تابش خورشیدی و عبور زیاد برای تابش با طول موج بلند می‌شوند [19،20].
2-1-1-2) صفحات پوششی شفاف به تشعشع خورشید14 :
کاهش تلفات حرارتی جابجایی در کلکتور‌ها بر عهده صفحات پوششی می‌باشد، که این عمل با محدود کردن جریان هوا صورت می‌پذیرد. پوشش همچنین افت گرمای تابشی از صفحه جاذب را با بازتاباندن تابش گرمای صادر شده از صفحه جاذب کاهش می‌دهد. در ضمن بعنوان یک محافظ برای صفحه جاذب عمل نموده و از ورود آّب باران، گر

مطلب مشابه :  منابع پایان نامه ارشد با موضوعreading، not، (P.، strategies.

دیدگاهتان را بنویسید