نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

بررسی عددی عملکرد حرارتی کلکتور سهموی‌خطی خورشیدی با استفاده از نوارهای تابیده درون لوله جاذب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانش آموخته گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
2 دانشیار گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
3 عضو هیات علمی، بخش فنی مهندسی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان غربی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی،
10.22060/mej.2026.25334.7940
چکیده
انرژی خورشیدی به عنوان یکی از منابع اصلی انرژی پاک، نقشی کلیدی در توسعه پایدار ایفا می‌کند. کلکتورهای خورشیدی سهموی خطی از پرکاربردترین فناوری‌ها برای بهره‌برداری از این انرژی در کاربردهای حرارتی دما متوسط هستند. در پژوهش حاضر، با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به تحلیل جامع عملکرد حرارتی یک کلکتور خورشیدی سهموی خطی پرداخته شده است. تأثیر پارامترهای عملیاتی و طراحی، شامل سرعت دورانی لوله جاذب (10 و 15 رادیان بر ثانیه)، جنس لوله (مس، برنج و نیکل) و ضخامت دیواره (45/1تا 85/1 میلی‌متر)، بر مشخصه‌های هیدرودینامیکی و حرارتی سیستم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که چرخش لوله به طور عمده بر لایه‌های سیال مجاور دیواره مؤثر بوده و با افزایش سرعت دورانی، اختلاط جریان تقویت شده و عملکرد حرارتی بهبود می‌یابد. لوله مسی به دلیل ضریب رسانش حرارتی بالا، در تمامی شرایط، بالاترین بازده حرارتی و دمای خروجی سیال را به ثبت رساند. همچنین مشخص شد که افزایش ضخامت دیواره، به دلیل افزایش مقاومت حرارتی، منجر به کاهش نرخ انتقال حرارت می‌شود. این کاهش برای لوله نیکلی (25%) بسیار محسوس‌تر از لوله مسی (7/7%) بود. دمای آب ورودی به لوله برابر با K 293 و دبی حجمی آن برابر است با lit/min 2. با افزایش عدد رینولدز از ۲۵۰ به ۵۵۰، ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی در تمامی حالات افزایش یافته است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of the Thermal Performance of a Parabolic Trough Solar Collector Using Twisted Tapes Inside the Absorber Tube

نویسندگان English

ali masoud abadi arani 1
Mojtaba Moravej 2
nadereh tabrizi 3
1 Department of Mechanical Engineering, Payame Noor University, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Payame Noor University, Tehran, Iran
3 Agricultural Engineering Research Department, West Azerbaijan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Urmia, Iran
چکیده English

Solar energy, as one of the most promising clean energy sources, plays a pivotal role in advancing sustainable development. Among the various solar thermal technologies, parabolic trough collectors (PTCs) are considered one of the most practical and efficient solutions for medium-temperature heat applications. In this study, the thermal performance of a parabolic trough solar collector was comprehensively analyzed using Computational Fluid Dynamics (CFD). The effects of key operational and geometric parameters including absorber tube rotational speed (10 and 15 rad/s), tube material (copper, brass, and nickel), and wall thickness (1.45–1.85 mm) were systematically examined in relation to the collector’s hydrodynamic and thermal behavior.The findings demonstrated that the rotation of the absorber tube predominantly influences the fluid layers adjacent to the wall. Increasing the rotational speed enhanced flow mixing, thereby improving heat transfer and overall thermal performance. Among the tested materials, the copper tube exhibited the highest thermal efficiency and outlet temperature under all operating conditions, owing to its superior thermal conductivity. Moreover, increasing the wall thickness led to a noticeable decline in heat transfer rate due to higher thermal resistance. This reduction was more significant for the nickel tube (25%) compared with the copper tube (7.7%). Overall, the study provides clear design guidelines and optimization insights for improving the efficiency and reliability of parabolic trough solar collectors.

کلیدواژه‌ها English

Parabolic trough collector
Twisted strip
CFD simulation
Nanofluid
Thermal efficiency

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 خرداد 1405