Thermal Performance Enhancement of a Shallow Solar Pond Based on Nanofluids

Abstract

У роботі теоретично підтверджено підвищення теплової продуктивності SSP, який працює за відкритим циклом для вилучення тепла з метою підвищення власної ефективності. SSP було забезпечено двома прозорими скляними кришками для зменшення тепловтрат та збільшення загальної тепловіддачі. Він також був покритий теплоізоляційним матеріалом; дно SSP було пофарбоване у чорний колір для поліпшення поглинання сонячної радіації. Щоб посилити відведення тепла п'ять типів нанорідин з різними фізичними властивостями пропускали через теплообмінник у вигляді змійовика, привареного до дна SSP. П'ять типів металевих нано-частинок, таких як Al2O3, CuO, TiO2, SiO2 і Cu, змішували з чистою водою в різних концентраціях, що варіювалися у межах від 0 до 5 % для отримання нанорідин. Числову модель було розроблено на основі розв’язку рівнянь теплового балансу після дискретизації з використанням реальних метеорологічних умов міста Медея, розташованого в Алжирі. Отримані результати, включаючи теплофізичні властивості, температуру SSP та експлуатаційні характеристики, були представлені та обговорені.

In this work, the thermal performance enhancement of a shallow solar pond (SSP) was verified theoretically. The SSP operates under the open cycle to extract heat in order to increase own efficiency. SSP was provided with two transparent glass covers to reduce heat loss and increase global warming. It was also coated with a heat insulation material; the bottom of the SSP is painted in black to improve the absorption of solar radiation. In order to enhance heat extraction, five types of nanofluids with different physical properties were passed through a heat exchanger in the form of a serpentine welded to the bottom of the SSP. Five types of metal nanoparticles such as Al2O3, CuO, TiO2, SiO2, and Cu were mixed with pure water under various concentrations ranging from 0 to 5 % to obtain the nanofluids. A numerical model was developed based on the solution of thermal balance equations after discretization by using real meteorological conditions of the Medea city located in Algeria. The simulation was conducted on June 8 from 5 am to 6 am hours for the next day. The obtained results, including thermophysical properties, temperature of the pond and exergy performance, were presented and discussed.