Thermal Performance based Numerical Investigation on Nanofluid Applications with Solar Energy Systems

Abstract

Використання сонячного випромінювання для теплових цілей є звичайною практикою для плоских сонячних колекторів (FPSC), але їх теплова ефективність нижча. Його використання може бути одним із способів вирішити проблему нанофлюїдів як робочих рідин у FPSC, які мають потенціал для покращення здатності накопичувати енергію. У цій роботі було розроблено та випробувано новий метод вимірювання теплової інерції різних компонентів скла, захопленого повітря, поглинача та нанорідини, які є компонентами FPSC, які використовують нанотехнології. У дослідженні розглядаються вода та наночастинки Al2O3 в об’ємних концентраціях 1%, 2% та 3%. У цьому дослідженні теплофізичні характеристики досліджуються при різних витратах маси теплоносія (ТРТ) (0,004 – 0,06 кг/с). Згідно з отриманими даними, у травні найбільше підвищення температури на виході за певних умов може досягати 7,22% (0,004 кг/с, об’ємна концентрація 3%). Потенційне використання FPSC на основі нанофлюїдів висвітлено цим обчислювальним аналізом, який пропонує важливе розуміння їх теплових характеристик. Дослідження допомагає заповнити прогалини в знаннях динаміки нанофлюїдів і вказує шлях для майбутньої роботи, щоб максимізувати ефективність FPSC у довгостроковому використанні сонячної енергії. Важливо, що при меншій швидкості потоку нанофлюїди можуть підвищити теплову ефективність FPSC; проте в певний момент основна рідина фактично перетворюється на робочу. Поточне дослідження показало, що 0,016 кг/с є основною витратою.

Utilizing solar radiation for thermal purposes is a common practice with flat plate solar collectors (FPSCs), but their thermal efficiency is lower. Using it might be one way to fix this problem of nanofluids as working fluids in FPSCs, which have the potential to improve energy-collecting capacities. A new method for measuring the thermal inertia of the various components of glass, trapped air, absorber and nanofluid are the components of FPSC that use nanotechnology has been developed and tested in this work. Water and Al2O3 nanoparticles at 1%, 2% and 3% volumetric concentrations are considered in the study. In this study, thermo physical characteristics are examined at heat transfer fluid (HTF) mass different flow rates (0.004 – 0.06 kg/s). According to the findings, in May, the greatest rise in outlet temperature can reach 7.22% under certain circumstances (0.004 kg/s, 3% volumetric concentration). Potential uses for nanofluid-based FPSC are illuminated by this computational analysis, which offers important insights into their thermal performance. The research helps to fill gaps in knowledge of nanofluid dynamics and points the way for future work to maximize the effectiveness of FPSCs in the long-term use of solar power. Importantly, at lower flow rates, nanofluids can improve the FPSCs' thermal efficiency; nevertheless, at a certain point, effectively, the base fluid is transformed into the working fluid. The current study determined that 0.016 kg/s is the essential flow rate.