Evaluation of convective heat transfer and natural circulation in an evacuated tube solar collector

Other Title(s)

تقييم انتقال الحرارة بالحمل الطبيعي و معدل التدفق لمجمع شمسي ذو أنابيب مفرغة

Joint Authors

al-Mashat, Sad Muhsin Salih
Hasan, Abbas Ahmad

Source

Journal of Engineering

Issue

Vol. 19, Issue 5 (31 May. 2013), pp.613-628, 16 p.

Publisher

University of Baghdad College of Engineering

Publication Date

2013-05-31

Country of Publication

Iraq

No. of Pages

16

Main Subjects

Physics

Abstract AR

في هذا البحث تم دراسة المجمع الشمسي ذو الأنابيب المفرغة بشكل مكثف و موسع عمليا و نظريا، الغرض منها هو دراسة الأداء الحراري للأنبوب المفرغ و تحسين انتقال الحرارة ضمن مدينة بغداد من شهر نيسان ٢٠١١ الى شهر آذار ٢٠١٢ .الجانب العملي تم على مجمع شمسي يحوي ١٦ انبوب مفرغ بنسبة الطول الى القطر ٣٨٫٦ و بخزان ماء معزول حراريا بحجم ١١٢ لتر، تم حساب العلاقة بين انتقال الحرارة و ذلك ،(IAM) و معدل الجريان داخل الأنبوب، و الكفاءة الحرارية، و تأثير زاوية الميلان للأنبوب، و تم حساب مصحح زاوية الأشعاع الشمسي تم فحص المجمع الشمسي لعدة أحمال(على سبيل المثال جريان مغلق ومفتوح)، و تم تقييم معامل الفقد الحراري للخزان و للأنبوب، و فحص المجمع الشمسي لنسب اطوال الى اقطار ٣٢٫٩ و ٢٧٫٢ عمليا، و جانب التحسين الحراري تم بأستخدام نوعان من العاآسات الصفيحية (عاآس صفيحي مستوى وعاآس صفيحي منحني) و ذلك تم توضيف سائل النانو (ماء+اوآسيد الألمنيوم) .

الجانب النظري تم بأستخدام حزمة) برامج(Fluent 3.6 لايجاد توزيع السرع ودرجات الحرارة ضمن الأنبوب لحالات مختلف الأقطار، ومعرفة مدى تأثير زاوية ارتباط الأنبوب ٠٫٧٤٢ وللخزان W/m2.K في الخزان وتأثير المنطقة الخاملة في الأنبوب.النتائج العملية بينت ان معدل معامل الفقد الحراري للأنبوب ١٫١٥٣ وان اقصى درجة حرارة للمجمع في فصل الشتاء ٧٩ درجة مئوية وخلال فصل الصيف ٩٩ درجة مئوية، بينما في حالة W/m2.K استخدام مائع النانو وصلت الى ٩٩ درجة مئوية خلال فصل الشتاء، افضل زاوية ميلان للأنبوب تقديريا هي ٤١ ° سنويا، وتزداد آفائة المجمع ١)٪ ، وتقل آفائة الأنبوب .٠٫٦ .

٠٫٦ )٪ بأستخدام مائع النانو بنسبة حجمية لأوآسيد الألمنيوم في الماء( ٠٫٣ .٦٫٨ .

الشمسي بنسبة (٢٨٫٤ ٣٣ ٪) عندما تقل نسبة الطول الى الحجم من ٣٨٫٦ ٪ الى ٣٢٫٩ ٪ و ٢٧٫٢ ٪ بشكل متسلسل، وآذلك زيادة في الكفائة بمقدار .

بنسبة ( ٦٢٧٫٠٧ ٪) عند استخدام عاآس صفيحي منحني وعاآس صفيحي مستوى.

ومن اهم نتائج النظري هي افضل زاوية ارتباط للأنبوب مع .

١٦٫٩ )الخزان هي زاوية ٢٢٫٥ °، وبيت النتائج النظرية ايضا ان المنطقة الخاملة التي تتأثر بشكل ملحوض مع تغير الأشعاع الحراري و زاوية الميلان و نسبة طول الأنبوب الى القطر.

Abstract EN

The evacuated tube solar collector ETC is studied intensively and extensively by experimental and theoretical works, in order to investigate its performance and enhancement of heat transfer, for Baghdad climate from April 2011 till the end of March 2012.

Experimental work is carried out on a well instrumented collector consists of 16 evacuated tubes of aspect ratio 38.6 and thermally insulated tank of volume 112L.

The relation between convective heat transfer and natural circulation inside the tube is estimated, collector efficiency, effect of tube tilt angles, incidence angle modifier, The solar heating system is investigated under different loads pattern (i.e closed and open flow) to evaluate the heat loss coefficient from tank and tubes, test the collector with various aspect ratios (32.9 and 27.2).

The enhancement in collector performance is studied by using two reflectors (Flat Plate and Curved Plate) and nanofluid (Water-AL2O3).Theoretical work is run by software (Fluent 6.3), to compute the velocity and temperature profiles within the tube, for different tube diameters, effect of tube junction angle and stagnant region in the bottom of the evacuated tube.

The experimental results shows that the heat loss coefficient for tube is W / m2.K and for tank is W / m2.K, the maximum collector temperature is 79°C in winter and 99 ˚C in summer, while that belong to nanofluid collector is 99°C in winter.

The best tilted angle (optimum) of evacuated tube is 41° annually.

The collector efficiency increased when using nanofluid of (1, 0.6, 0.3) % volume fraction as (28.4, 6.8, 0.6) % respectively.

The efficiency decreases as (33, 62) % when decreasing tube aspect ratio from 38.6 % to 32.9 % and 27.2 % respectively.

An increase of (16.9 and 7.08) % in collector efficiency is obtained when using curved and flat plate reflectors respectively.

From simulation the best junction angle of the tank is 22.5.

The stagnant region is influenced with changing heat flux, tilted angle and aspect ratio.

American Psychological Association (APA)

al-Mashat, Sad Muhsin Salih& Hasan, Abbas Ahmad. 2013. Evaluation of convective heat transfer and natural circulation in an evacuated tube solar collector. Journal of Engineering،Vol. 19, no. 5, pp.613-628.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-336035

Modern Language Association (MLA)

al-Mashat, Sad Muhsin Salih& Hasan, Abbas Ahmad. Evaluation of convective heat transfer and natural circulation in an evacuated tube solar collector. Journal of Engineering Vol. 19, no. 5 (May 2013), pp.613-628.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-336035

American Medical Association (AMA)

al-Mashat, Sad Muhsin Salih& Hasan, Abbas Ahmad. Evaluation of convective heat transfer and natural circulation in an evacuated tube solar collector. Journal of Engineering. 2013. Vol. 19, no. 5, pp.613-628.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-336035

Data Type

Journal Articles

Language

English

Notes

Includes bibliographical references : p. 627-628

Record ID

BIM-336035