منصة الرسائل والاطاريح: تحسين الخواص الحرارية للمجمع الشمسي باستخدام مواد طلاء سيراميكية

الخلاصة

يعتبر توفير الطاقة والحد من التلوث من اهم أهداف العالم المتطور وذلك من خلال استخدام مصادر الطاقة البديلة للوقود التقليدي (الأحفوري) ، والتي تعتبر سببًا للتلوث عند استهلاكها. تعد الطاقة الشمسية ، باعتبارها مصدرًا متجددًا ونظيفًا للطاقة ، أحد أهم الحلول والعلاجات للتلوث البيئي وزيادة تكاليف الإنتاج. أحد الأجهزة التي تستغل الطاقة الشمسية هي مجمعات الألواح الشمسية المسطحة (FPSCs). يتكون من الغطاء شفاف واللوحة ماصة وأنبوب المبادل حراري والهيكل الخارجي. اللوح الماص مصنوع من صفيحة من معدن الألمنيوم بسمك (0.5 ملم) ، وكذلك أنبوب المبادل الحراري مصنوع من معدن الألمنيوم بسمك (1.3 ملم).استخدام طريقة (الرش الهوائي) في طلاء (FPSC) والتي تعتبر من أبسط وأرخص طرق رش. في هذا البحث تم استخدام الكرافيت مع نسب من مسحوق النحاس كطلاء لزيادة التوصيل الحراري, وتبين من اختبار التوصيلية الحرارية انه عند استخدام الكرافيت كمادة طلاء فقط كما في العينة (G1) زادت الموصلية الحرارية بحوالي 60% ، وعند إضافة نسبة من مسحوق النحاس حوالي (4%) مع الكرافيت كما في العينة (G5) زادت إلى حوالي (80%). في حالة الطلاءات العازلة تم استخدام المولايت وثاني أوكسيد التيتانيوم ، حيث باستخدام نسبة مولايت حوالي (0.75%) مع ثاني أوكسيد التيتانيوم (0.25%) كما في العينة (S2) زاد العزل بنسبة (48%) ، بينما بزيادة نسبة المولايت الى (3.75 %) وثاني أوكسيد التيتانيوم (1.25%) كما في العينة (S4) ارتفعت نسبة العزل إلى (57%). مقاومة الالتصاقية للعينة المطلية لزيادة الموصلية الحرارية (G1) تبلغ (19.06ميجا باسكال (التي تحتوي على الكرافيت فقط ، بينما كانت قوة الالتصاقية للعينةG5 تبلغ (19.82ميجا باسكال) والتي احتوت على الكرافيت ونسبًا من مسحوق النحاس.في حين ان مقاومة الالتصاقية للعينة المطلية لزيادة العزل الحراري (S1) تبلغ (17.31 ميجا باسكال) والتي تحتوي على مادة البوليستايرين فقط. بينما كانت قوة الالتصاق لعينة (S4) تبلغ 17.73) ميجا باسكال) والتي تحتوي على (5%) مواد طلاء (مولايت وثاني أكسيد التيتانيوم). بلغت نسبة المسامية المتحققة من قياس المسامية المقطعية لطلاء التوصيل (4.62٪) بينما بلغت نسبة المسامية في المقطع العرضي لطلاء عينات العزل (68.28٪). متوسط سمك الطلاء لعينات التوصيل (405 مايكرومتر) في حين ان متوسط سمك عينات العزل (715 مايكرومتر) . يتحقق التحليل العددي من التحسينات في التوصيل الحراري التي تزيد في كفاءة المجمع الشمسي باستخدام برنامج (ANSYS 16.1) لمحاكاة الهندسة ثلاثية الأبعاد لتدفق السوائل عبر أنابيب المبادل الحراري. تم بناء نموذج رياضي بواسطة برنامج (ANSYS-FLUENT 16.1) باستخدام المقطع العرضي النصف دائري بدلا من المقطع الدائري لانبوب المبادل الحراري ووضعه بالابعاد الحقيقية لمحاكاة انتقال الحرارة من الصفيحة الماصة الى انبوب المبادل الحراري عن طريق الاشعاع الشمسي وذلك بتثبيت خطوط الطول والعرض لموقع مدينة بابل بعدد ساعات (13) ساعة باليوم. نتائج محاكاة برنامجANSYS16.1 اظهرت الفرق في درجات حرارة المدخل والمخرج لانبوب المبادل الحراري للمجمع الشمسي ذوالصفيحة المسطحة بدون طلاء كانت (23 درجة مئوية) بينما بعد الطلاء بمواد سيراميكية كان الفرق بدرجات حرارة المدخل والمخرج (57 درجة مئوية).