یخچال جذبی خورشیدی عایقکاری حرارتی

یخچال جذبی خورشیدی عایقکاری حرارتی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  مکانیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

شبیه سازی و آنالیز اقتصادی یک یخچال جذبی خورشیدی با استفاده از لوله خلا برای عایقکاری حرارتی

چکیده

آنالیز و شبیه سازی جزئی انتقال حرارت یک لوله خلا برای یخچال جذبی خورشیدی با در نظر گرفتن انتقال حرارت تشعشعی غیر همگن بین لوله های داخلی و خارجی آن، دو لوله مجاور در گروه، لوله و صفحه پشت، انعکاس خورشیدی روی صفحه پشت و … انجام شده است. همچنین یک پارامتر سود اقتصادی جدید برای قضاوت در مورد عملکرد کلی سیستم فراهم شده است. در ادامه قطر بهینه لوله ها و نیز فاصله بهینه بین لوله های مجاور مورد بررسی قرار گرفته است.

کلمات کلیدی : لوله خلا، انرژی خورشیدی، جذب، آنالیز اقتصادی، انتقال حرارت

یخچال جذبی خورشیدی عایقکاری حرارتی

۱- مقدمه

در بیست سال اخیر، موفقیت های چشمگیری در زمینه تکنولوژی تبرید جذبی جامد بدست آمده است. انواع مختلفی از سیکل ها [۱] ، همچون سیکل پیوسته، سیکل با بازیابی جرم و انتقال حرارت، سیکل اختناقی[۱] و سیکل بازیاب[۲] مورد استفاده قرار گرفته اند. همچنین شیوه های بهبود انتقال حرارت در جاذب همچون اضافه نمودن فوم های گرافیت، مس و نیکل و جاذب فشرده درون بلوک ها یا روکش ها بر روی لوله های فلزی توسعه یافته اند. بدون تردید این تکنیک های پیشرفته سبب بهبود قابل ملاحظه ای در عملکرد سیستم شدند، و بنابراین فرایند تجاری سازی سیستم های تبرید جذبی را سرعت بخشیدند.

در زمینه تحقیقات صورت گرفته بر روی سیستم های تبرید جذبی، سیستم های خورشیدی مورد توجه ویژه ای قرار گرفته اند. این توجه نه تنها به علت پاکی، بی زیانی و تجدید پذیری انرژی خورشیدی است بلکه بواسطه این است که بررسی و استفاده از انرژی خورشیدی برای هر کشوری در قرن ۲۱ از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است.

…

یخچال جذبی خورشیدی عایقکاری حرارتی

۲- مدلهای ریاضی

لوله خلا استفاده شده در شکل (۱) نشان داده شده است. لوله های داخلی و خارجی همه از مواد شیشه ای هستند و کانال انتقال جرم مرکزی فلزی است. جهت کاهش تلفات حرارت از طریق تشعشع، از ماده منتخب به عنوان روکش بر روی سطح لوله شیشه ای داخلی استفاده شده است. هنگام روز، اشعه خورشید از درون لوله شیشه ای خارجی عبور نموده و در لوله شیشه ای داخلی جذب شده و آن را گرم می‌کند. و در ادامه سبب گرم شدن جاذب می‌شود.

برای آنالیز و محاسبه برخی فرضیات اعمال شده اند :

• فشار در جاذب همگن است.
• از مقاومت جرم و انتقال حرارت مبرد گازی در جاذب صرف نظر شده است.
• خصوصیات حرارتی جاذب و هوای جوی ثابت هستند
• صفحه سیاه یک آیینه ایده آل است.

۲-۱ معادلات حاکم برای جاذب

[۱] cascade cycle

[۲] regeneration cycle

[۳] Headley et al

[۴] CPC collector

[۵] Enibe and Iloeje [7]

[۶] Antonio Pralon Ferreira Leite [8]

[۷]sealing and pressure-bearing

۲-۲ معادله حاکم برای لوله شیشه ای خارجی

در رابطه فوق ، به ترتیب ضخامت، هدایت حرارتی، قابلیت جذب[۱] و شعاع لوله شیشه ای خارجی هستند. به ترتیب ضرایب انتقال حرارت تشعشعی بین لوله شیشه ای داخلی و خارجی، لوله شیشه ای خارجی و محیط هستند.  ضریب انتقال حرارت جابجایی بین لوله شیشه ای خارجی و هوا است.  شدت تشعشع خورشیدی کلی روی سطح لوله خارجی شامل مولفه مستقیم و بخش دیفیوز و انعکاس یافته توسطه صفحه پشت  و می‌باشد.

[۱] absorptance

۲-۳ معادله حاکم برای لوله شیشه ای داخلی :

 در رابطه فوق ، به ترتیب ضخامت، هدایت حرارتی، قابلیت جذب و شعاع لوله شیشه ای داخلی هستند.  قابلیت عبور لوله خارجی است.

۲-۴ معادله حاکم برای کانال مرکزی ماده خنک کننده

۲-۵ معادله حاکم برای صفحه پشت

به نحوی که  به ترتیب مسافت و نواحی صفحه پشت و بخشی بین مراکز دو لوله مجاور است که توسط اشعه خورشید در معرض تشعشع قرار گرفته است.  طول لوله های خلا ،  ضریب انتقال حرارت جابجایی،  انتقال حرارت تشعشعی بین لوله خلا و صفحه پشت و  زاویه خورشیدی () است.

یخچال جذبی خورشیدی عایقکاری حرارتی

۳- آنالیز انتقال حرارت تشعشعی

۳-۱ تشعشع بین لوله های شیشه ای داخلی و خارجی

چون ضریب انتقال حرارت لوله شیشه ای کوچک بوده و موقعیت ناحیه هایی که بطور مستقیم تحت تشعشع خورشید قرار می‌گیرند با زاویه خورشید تغییر می‌کند در اینجا میدان دمای غیرهمگن مورد آنالیز قرار گرفته است. شکل (۲) نواحی تشعشع روی لوله های شیشه ای خارجی منطبق بر سطح کوچک  روی سطح لوله شیشه داخلی (کمان ABC) را نشان می‌دهد.

۳-۲ انتقال حرارت تشعشعی بین دو لوله مجاور

بواسطه محدودیت جرم جاذب در درون یک لوله خلا، مجموعه ای از لوله های خلا جهت برآورده نمودن ظرفیت سرمایشی لازم مورد نیاز هستند. معمولا این لوله ها بصورت موازی سوار می‌شوند، بنابراین انتقال حرارت تشعشعی بین لوله های مجاور رخ می‌دهد. همچنان که در شکل (۳) نشان داده شده ناحیه کوچک  روی لوله ۱ گستره ای از تشعشع (کمان BFC) را بر روی لوله ۲ دارد.

۳-۳ تشعشع بین لوله خلا و صفحه پشت

سطح تشعشع BC روی صفحه پشت مطابق با سطح  روی لوله خلا در شکل (۴-الف) و سطوح AEB و CFD روی لوله به صفحه پشت در شکل (۴-ب) نشان داده شده اند. محاسبه BC توسط روابط (۱۴) توضیح داده شده است.

۳-۴ انعکاس صفحه پشت

استفاده از یک صفحه پشت (صفحه انعکاسی) سبب افزایش راندمان کلکتور خورشیدی و بهبود عملکرد جاذب می‌شود. برای زاویه معلوم  ، انعکاس اشعه خورشید روی لوله خلا بوسیله صفحه پشت در شکل (۵) نشان داده شده است.  آگاهی از وجود رابطه  یا  دشوار نیست. با محاسبه مقادیر  و  با استفاده از معادلات (۱۶-الف،۱۶-ب) و (۱۷-الف،۱۷-ب) ناحیه انعکاس ABC روی لوله خلا قابل تعریف می‌باشد.

یخچال جذبی خورشیدی عایقکاری حرارتی

۴- آنالیز و محاسبه عددی

با در نظر گرفتن روابط (۱) تا (۱۷)، محاسبات عددی با استفاده از زوج زئولیت-آب برای جاذب لوله خلا انجام شده است. برخی از پارامترها عبارتند از : دمای جوی ، دمای خنک کنندگی، دمای اواپراتور ، ، ، ، . شدت تشعشع خورشیدی کلی در شکل (۶) نشان داده شده است.

 ۴-۱ توزیع دما در جاذب لوله خلا

به منظور توضیح شفاف توزیع دما در جاذب شکل (۷) شبکه های محاسباتی را نشان می‌دهد. نتایج عددی در شکل (۸) نشان داده شده اند، در حالیکه زمان تشعشع خورشیدی از ساعت ۶ تا ۱۴ ، قطر لوله خلا  ۷۰ میلیمتر و فاصله بین مراکز لوله های مجاور  است. شکل (۸-الف) تصویری را از ساعت ۱۰ صبح و شکل (۸-ب) تصویری را از ساعت ۱۴ ارائه می‌دهد. در شکل (۸-الف) گرادیانهای دما هم در جهت شعاعی و هم بین بخش بالایی و پایینی زیاد هستند، در حالیکه در شکل (۸-ب) تغییرات در جهت محیطی کمتر است.

۴-۲ تاثیر قطر لوله خلا بر روی عملکرد آن

هنگامی‌که شدت تشعشع خورشیدی داده شده است، دمای کلکتور لوله خلا معمولا از طریق کیفیت جاذب محدود شده است، به عبارت دیگر قطر بر روی عملکرد و ظرفیت سرمایشی یک جاذب لوله خلا تاثیر خواهد گذاشت. نتایج شبیه سازی هفت لوله خلا با قطرهای متفاوت در شکل (۹) در جاییکه فاصله بین دو لوله مجاور دو برابر قطر لوله بوده و قطر کانال ماده خنک کننده۲۰ میلیمتر است نشان داده شده اند. منحنی ها در شکل (۹-الف) رابطه بین قطر و دماهای مینیمم، متوسط و ماکسیمم را نشان می‌دهند.

۴-۳ تاثیر فاصله مراکز دو لوله مجاور بر روی عملکردشان

جهت کاهش سطح کلی جذب کننده و هزینه های تولید، تاثیر فاصله بین دو لوله مجاور بر روی عمکلرد نیز مورد بررسی قرار گرفته است. شکل (۱۰) تغییرات دمای متوسط، ضریب عملکرد و ظرفیت سرمایشی را با فواصل مختلف نشان می‌دهد. شکل (۱۰-ب) نشان می‌دهد که ظرفیت سرمایشی به فاصله حساس بوده و دارای بیشترین مقدار در فاصله ای حدود دو برابر قطر خارجی لوله می‌باشد، با این وجود دمای متوسط ماکسیمم در شکل (۱۰-الف) تنها هنگامی‌که فاصله کمتر از حدود برابر قطر باشد حساسیت زیادی داشته و پس از آن تقریبا ثابت می‌شود.

۴-۴ تاثیر کمیت جرم جاذب بر روی عملکرد

شکل (۱۱) تاثیر قطر کانال ماده خنک کننده یا کمیت جرم جاذب در یک لوله خلا را بر روی عملکردش نشان داده است. با توجه به شکل های (۱۱-الف) و (۱۱-ب) برای یک قطر معلوم لوله خلا، بهترین عملکرد تحت شرایطی است که قطر کانال ماده خنک  تقریبا برابر با  باشد (یعنی حداقل ضخامت جاذب در لوله باشد). بعلاوه نشان می‌دهد که افزایش قطر لوله خلا عملکرد را افزایش می‌دهد.

۴-۵ آنالیز اقتصادی

هنگام قضاوت در رابطه با عملکرد یک سیستم تبرید یا پمپ حرارتی مقدار ضریب عملکرد آن مورد بررسی قرار می‌گیرد، بدون تردید ضریب عملکرد بخوبی مشخصه اقتصادی یک سیستم با منبع قدرت الکتریسیته یا سوخت را در نظر می‌گیرد. اما اگر منبع قدرت انرژی خورشید باشد توجه بیشتری باید به کسر ظرفیت سرمایشی نسبت به هزینه های مواد و تولید اختصاص داده شود. بنابراین معیار قضاوت دیگری در اینجا استفاده شده، و با توجه به آن ساختار بهینه سیستم تعیین شده است. پارامتر تعریف شده جذب از طریق انرژی خورشیدی[۱]  است، به نحوی که  ظرفیت سرمایشی، C هزینه کلی در واحد سطح و A سطح جذب کننده است. بطور بدیهی یک پارامتر جذب از طریق انرژی خورشیدی (SPA) بالاتر مشخصه اقتصادی و عملکرد بهتری دارد.

[۱] Solar Powered Adsorption (SPA)

یخچال جذبی خورشیدی عایقکاری حرارتی

۵- خلاصه

از طریق آنالیز و شبیه سازی عددی جذب کننده لوله خلا مشخص شد که پارامترهای ساختاری همچون قطر لوله های خلا، کمیت جرم جاذب و فاصله بین مراکز لوله های مجاور اثر قابل ملاحظه ای بر روی دمای متوسط ماکسیمم و عملکرد سیستم دارند. تشخیص داده شد که لوله های خلا با قطر بیشتر بهتر هستند. نتایج برای دو ضریب انتقال حرارت جاذب زئولیت  و  که پارامترهای جذب از طریق انرژی خورشیدیشان (SPA) به ترتیب  و  بود نشان داد که ضخامت بهینه جاذب حدود است. اما هنگامی‌که بیشترین ضریب عملکرد مد نظر باشد ضخامت بهینه جاذب حدود  است.