Βελτίωση της απόδοσης ηλιακών συλλεκτών μέσω της χρήσης νανορευστών

• Main Author: Πετρόπουλος, Νικόλαος
• Other Authors: Λουκόπουλος, Βασίλειος
• Format: Thesis
• Language: Greek
• Published: 2018
• Subjects: Νανορευστά; Απόδοση συστημάτων; Παραγωγή ενέργειας; Nanofluids; System performance; Energy production; 621.472

Οι ηλιακοί συλλέκτες είναι συστήματα που απορροφούν την προσφερθείσα από τον Ήλιο ενέργεια, την μετατρέπουν σε θερμική και στη συνέχεια σε ηλεκτρική για την κάλυψη των επιμέρους ενεργειακών αναγκών. Ως εκ τούτου πολλές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί με απώτερο σκοπό την βελτίωση της απόδοσης αυτών των συστημάτων και κατ’ επέκταση τη μεγαλύτερη παραγωγή ενέργειας. Πρωτοποριακή μέθοδος, που αποδεικνύεται ότι η χρήση της στα ηλιακά συστήματα βελτιώνει την απόδοσή τους, είναι η χρήση νανορευστών. Πρόκειται για νέα κατηγορία ρευστών που αποτελούνται από ένα βασικό είδος ρευστού (συνήθως νερό, λάδι ή αιθυλαινογλυκόλη) και διεσπαρμένα στον όγκο του σωματίδια κλίμακας νάνο, με μέγεθος που δε ξεπερνά τα 100nm. Τα ρευστά αυτά επιδεικνύουν βελτιωμένες θερμοφυσικές ιδιότητες σε σχέση με τα κοινά ρευστά και επομένως βοηθούν στην ποιοτικότερη μεταφορά της θερμικής ενέργειας μέσα στη διάταξη του ηλιακού συστήματος. Συνηθέστερα τέτοια νανορευστά είναι το νερό/Al2O3 (νερό/αλουμίνα) καθώς και το νερό/Ag (νερό/άργυρος) με τα οποία και ασχοληθήκαμε στη παρούσα εργασία. Αυτό επετεύχθη με τη χρήση ενός πολύ σημαντικού λογισμικού εργαλείου (software), του ANSYS CFX, που είναι ιδιαίτερα εύχρηστο και χρήσιμο καθώς χρησιμοποιείται σε μεγάλη κλίμακα για πολλές επιμέρους εφαρμογές μερικές εκ των οποίων είναι και η δημιουργία προσομοιώσεων που ελέγχουν τη ροή ρευστών καθώς και τη μεταφορά θερμότητας. Σαν απόρροια των παραπάνω χρησιμοποιήσαμε το ANSYS για να προσομοιώσουμε τη ροή των νανορευστών μέσα από προσεγγιστική διάταξη επίπεδης πλάκας ηλιακού συλλέκτη. Ένας πολύ βασικός παράγοντας που επηρρεάζει το πρόβλημά μας είναι συγκέντρωση τέτοιας φύσης (νανο)σωματιδίων στον συνολικό όγκο του ρευστού, δηλαδή η τιμή της ογκομετρικής συγκέντρωσης (φ). Οι πιο πρόσφατες αναφορές δείχνουν τάση αύξησης της απόδοσης των ηλιακών συλλεκτών για αύξηση της τιμής του (φ). Πιο συγκεκριμένα, για διαφορετική τιμή του (φ), οι εξισώσεις, που υπολογίζουν τις θερμοφυσικές ιδιότητες της πυκνότητας (ρ), της θερμικής αγωγιμότητας (k), της θερμικής διαστολής (β), του δυναμικού ιξώδους (μ) και της ειδικής θερμοχωρητικότητας υπό σταθερή πίεση (cp), δίνουν διαφορετικές τιμές αποτελεσμάτων λόγω άμεσης εξάρτησης με την ογκομετρική συγκέντρωση (φ). Σαν αποτέλεσμα για κάθε τιμή του (φ), εισάγονται διαφορετικές τιμές των ανωτέρω ιδιοτήτων στο κομμάτι του Project που αφορά την επίλυση (Solution) του προβλήματος και επομένως παίρνουμε και διαφορετικά αποτελέσματα στην τελική κατανομή της θερμοκρασίας κατά μήκος του άξονα x. Όπου άξονας x είναι η διεύθυνση που συνδέει τη θερμότερη πλάκα εισόδου του ρευστού στη διάταξη με τη ψυχρότερη πλάκα εξόδου του ρευστού αντίστοιχα.