منصة الرسائل والاطاريح: تقصي اداء المجمع الشمسي ذو الانبوب المفرغ من الهواء باستخدام موائع نانوية أحادية وهجينه تحت ظروف مناخ بابل

الخلاصة

يمكن اعتبار مجمعات الطاقة الشمسية المفرغة من الهواء من الاجهزة المألوفة والصديقة للبيئية المستخدمة في العديد من التطبيقات الصناعية والتطبيقات المنزلية. لسوء الحظ فان هذه المجمعات تعاني من كفاءة تدفق منخفضة بسبب الموصلية الحرارية المنخفضة لسائل العمل (أي الماء). الدراسة الحالية تمثل دراسة أداء المجمعات الشمسية باستخدام موائع نانوية أحادية وهجينة تحت ظروف مدينة بابل وتضمنت محاولة لغرض حل هذه المشكلة بواسطة استخدام سائل نانوي هجين في مجمعات الطاقة الشمسية المفرغة من الهواء(ETSC) لأول مرة تحت الظروف المناخية لمدينة بابل في العراق. واجراء مقارنة مع السوائل النانوية الأحادية والماء لغرض توضيح تأثير هذه الموائع او تأثيرها على أداء مجمعات الطاقة الشمسية المفرغة من الهواء (ETSC).حيث تم اختيار الانبوب الكربوني متعدد الجدران (MWCNT) الممزوج مع أوكسيد الالمنيوم (Al2O3) وبنسبة (80:20) كجسيمات نانوية هجينة، بينما تم اختيار أوكسيد الالمنيوم (Al2O3) والانبوب الكربوني متعدد الجدران (MWCNT) كجسيمات نانوية أحادية. كذلك تم اختيار الماء منزوع الايونات كسائل عمل أساسي في جميع الحالات. قطر الجسيمات النانوية المستخدمة في هذه الدراسة لكل من (Al2O3) و (MWCNT) هو (20 , 12 نانومتر) على التوالي. تم تقسيم هذه الدراسة الى جزئيين، الجزء الأول من الدراسة هو العمل التجريبي والذي يتكون من مجمع الطاقة الشمسية الانبوبي المفرغ من الهواء (ETSC) ومكوناته معا مع القيام بالعديد من الاختبارات التجريبية خلال وقت الاختبار والذي يبدا من الساعة (9:00 صباحا) لغاية الساعة (4:00 عصرا). تم اجراء الاختبارات لقيم مختلفة من التركيز الحجمي الصلب للمادة النانوية والتي تتراوح ما بين (0.01%≤φ≤0.05%) ومعدلات تدفق حجمي تتراوح مابين ( دقيقة\ لتر 1≤V ̇≤3). تم عرض ومناقشة نتائج فرق درجة الحرارة (∆T) بين مدخل ومخرج المجمع الشمسي الانبوبي المفرغ من الهواء وكذلك الكفاءة الحرارية للمجمع. حيث وجد ان (∆T) لكل من السوائل النانوية الهجينة والسوائل النانوية الأحادية تزداد مع زيادة التركيز الحجمي الصلب (φ) ونقصان معدل التدفق الحجمي (V ̇) , ولوحظ أيضا ان استخدام مائع نانوي هجين في الظروف المثلى [ φ=0.05% ,V ̇=1 دقيقة\ لتر ] وعند الوقت (t=1:00 مساءا) يؤدي الى تحسين (∆T) بنحو ) 129%) , (39.68%) و (22.69%) مقارنة بالماء المأين (DI) , (Al2O3 / DI ) و (MWCNT / DI) على التوالي. بالإضافة الى ذلك لوحظ بالنسبة لجميع الحالات المدروسة تصل الكفاءة الحرارية (η) لمجمع الطاقة الشمسية الانبوبي المفرغ من الهواء الى قيمتها القصوى عند [ φ=0.05% ,V ̇=3 دقيقة\ لتر ]. علاوة على ذلك، لوحظ من النتائج التجريبية أن الزيادة في (η) باستخدام المائع النانوي الهجين كانت حوالي (105.7٪ ، 47.177٪ و 21.27٪) مقارنة بالماء ، (Al2O3 / DI) و (MWCNT / DI) على التوالي. الجزء الثاني من هذه الدراسة يتضمن التحليل العددي باستخدام برنامج COMSOL من خلال بناء نموذج رياضي لحل المعادلات الحاكمة ثلاثية الأبعاد .حيث تم إجراء المحاكاة على أنبوب واحد مع عملية متعددة المراحل وتم عرض النتائج من خلال منحنيات درجة الحرارة والسرعة مع الكفاءة الحرارية لـمجمعات الطاقة الشمسية الانبوبي المفرغ من الهواء ETSC) ) ووجدت زيادة توزيع درجة الحرارة عبر مشعب (Manifold of ETSC) مع زمن الاختبار لجميع الحالات المدروسة وتصل هذه الزيادة إلى ذروتها للسائل النانوي الهجين . (Al2O3+MWCNT / DI) وجد أنه تم زيادة السرعة عبر مشعب (ETSC) مع وقت الاختبار لجميع الحالات المدروسة. تصل هذه الزيادة إلى قيمة ذروتها للسائل النانوي الهجين (Al2O3 + MWCNT / DI) ولكن هذا التعزيز كان طفيفًا مقارنةً بتوزيع درجة الحرارة المقابل. وأخيرًا تم إجراء مقارنة بين النتائج التجريبية والنتائج العددية وهنالك توافق جيد بينهما.