المستخلص
الهدف من هذا البحث هو دراسة الأداء الحراري لمجمع طاقة شمسية من نوع لوح منبسط باستخدام المائع النانوي (دقائق نانوية من اوكسيد الالمنيوم مع الماء كمادة اساسية) كعامل نقل الحرارة. ويركز المشروع على عملية تحويل الطاقة من المجمع للسائل العامل. ويتم ذلك عن طريق استخدام الماء كنظام مرجعي (أو حالة اساسية)، ثم استخدام الموائع النانوية كسوائل عاملة.
تم فحص هذه الدراسة تجريبياً باستخدام مجمع طاقة شمسية مصنع ونظرياً عن طريق تصميم مبسط باستخدام Computational Fluid Dynamics (CFD).
شمل الاختبار التجريبي مجمعا للطاقة الشمسية، نظام جريان مغلق للسائل العامل, وأجهزة القياس (مقياس التدفق، المزدوجات الحرارية، مقياس درجة الحرارة وعداد الطاقة الشمسية الرقمي). أجريت التجربة لعدة أيام مع تغير معدلات التدفق. جربت الحالة الأساسية مع الماء عديم الايونات مع معدلات التدفق (1 و 1.667 2) L/m. في الحالة الثانية والثالثة, تم خلط الدقائق النانوية من اوكسيد الالمنيوم مع الماء عديم الايونات للحصول على موائع نانوية بتراكيز حجمية (vol.%0.1) و (vol.%0.5) على التوالي.
في الدراسة العددية، تم حساب السلوك الديناميكي للسائل داخل مجمع الطاقة الشمسية، والخصائص الحرارية للموائع النانوية تم نمذجتها استناداً إلى خصائص السائل الأساس (الماء) المعتمدة على درجة الحرارة. المعادلات الحاكمة و الشروط الحدية المناسبة انجزت وتم حلها باستخدام (3D-CFD) 3 Dimension Computational Fluid Dynamics و حزمة ((COMSOL v4.4. البيانات التي تم الحصول عليها من CFD والنتائج التجريبية لدرجات الحرارة الخارجة متقاربة و اظهرت توافقاً جيداً. حيث ان اكبر نسبة خطأ كانت %6 عند (vol.%0.5) مائع نانوي وبمعدل جريان L/m 1.667.
و قد بينت النتائج العددية والتجريبية على حد سواء زيادة في درجة الحرارة الخارجة للسائل العامل في المجمع باستخدام الموائع النانوية خاصة عند تركيز (vol.%0.5) مع اقصى فرق لدرجات الحرارة الخارجة-الداخلة (C̊ 23.5) مع (L/m 2) معدل تدفق كتلي.
من النتائج العددية، وجد بشكل ملحوظ تحسن في الموصلية الحرارية مع إضافة نسبة مئوية صغيرة الحجم بتركيز (vol.%0.1) و (vol.%0.5) لجسيمات نانوية من Al2O3 في الماء بحوالي 26% و 43.14% عند درجة حرارة ̊C 60 على التوالي.
وأظهرت النتائج العددية إنَّ للنسبة الحجمية ودرجة الحرارة أثراً كبيراً على معامل انتقال الحرارة للموائع النانوية. بالنسبة للمائع النانوي بتركيز (vol.%0.1) أظهرت النتائج تحسن معامل انتقال الحرارة من% 10.19 إلى %14.7، عند درجات حرارة 40 ̊C إلى ̊C60، بينما المائع النانوي بتركيز (vol.%0.5) ازداد معامل انتقال الحرارة من % 29.8 إلى %35.28.
