view in publisher's site

A two-phase closed thermosyphon operated with nanofluids for solar energy collectors: Thermodynamic modeling and entropy generation analysis

Highlights•Two-Phase Closed Thermosyphons (TPCTs) could be utilized in built and solar energy exploitations.•Steady-state 2-D numerical model of TPCTs was developed depending on Nusselt approach.•Effect of nanofluid on the fluid flow and thermal efficiency was fully investigated.•Influences of input power and nanofluid on entropy generation and thermal resistance were evaluated.•Present mathematical model and program code were validated with experiment data.AbstractTwo-Phase Closed Thermosyphons (TPCTs) is a high-efficiency heat transfer technology being widely utilized in the fields of built and solar energy exploitations. In present work, a 2-D steady-state model is innovatively proposed to investigate thermal performance and flow dynamics of a single TPCT containing nanofluids. Conservation equations for mass, momentum, and energy were fully solved by the dichotomy algorithm. The effects of input powers, nanoparticles materials (Al2O3, Fe2O3 and Cu), and concentration levels (φ = 0–12 wt%) on the thermodynamics and entropy generation of the thermosyphon were numerically investigated and the results were evaluated through those from the pure water. A substantial change in the liquid film thickness, flow velocity profile, interfacial shear force, local heat transfer coefficient, temperature distribution, entropy generation rate and thermal resistance were subsequently obtained when using a nanofluid. Our numerical results revealed that nanofluids in thermosyphon could effectively enhance thermal performance by decreasing the evaporator temperature, thereby reducing overall entropy generation by about 41%, 32% and 29% for Cu, Fe2O3 and Al2O3 in comparison with pure water, respectively. Additionally, entropy generation significantly decays when nanoparticle concentration levels promote. Numerical results further indicate that the flow resistance of working fluid increases, maximum friction entropy generation increases by approximately 36.37%, 15.15%, and 9.09% for Cu, Fe2O3, Al2O3 of φ = 9 wt%, respectively. Moreover, the existence of an optimum concentration level for nanoparticles in maximizing the heat transfer limit was theoretically achieved for all nanofluids. Current results agreed well with experimental data within average deviation being no more than 10%. In conclusions, results suggest that TPCT-solar collect using nanofluid has a low simple payback period to absorb solar radiation to convert thermal energy compared to the conventional one charged with pure water.

یک ترموسیفون دو فازی بسته که با نانو سیالات برای گردآورندگان انرژی خورشیدی کار می‌کرد: مدل‌سازی ترمودینامیکی و تحلیل تولید آنتروپی

نقاط برجسته؟ ترموسیفون های بسته دو فازی (TPCT ها)را می توان در ساخت و بهره‌برداری از انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار داد. مدل عددی حالت پایدار ۲ - D TPCT ها، بسته به روش ناسلت توسعه داده شد. اثر نانوسیال بر جریان سیال و بازده حرارتی به طور کامل بررسی شد. تاثیرات توان ورودی و نانوسیال بر تولید آنتروپی و مقاومت حرارتی ارزیابی شدند. مدل ریاضی موجود و کد برنامه با داده‌های تجربی اعتبارسنجی شدند. در کار حاضر، یک مدل دو بعدی حالت پایدار به طور ابتکاری برای بررسی عملکرد حرارتی و دینامیک جریان یک TPCT حاوی نانوسیالات پیشنهاد شده‌است. معادلات بقا برای جرم، اندازه حرکت و انرژی به طور کامل توسط الگوریتم دو بخشی حل شدند. اثرات توان‌های ورودی، مواد نانو ذره و سطوح غلظت بر ترمودینامیک و تولید آنتروپی ترموسیفون به صورت عددی بررسی شد و نتایج از طریق نتایج حاصل از آب خالص ارزیابی شدند. تغییرات اساسی در ضخامت فیلم مایع، پروفیل سرعت جریان، نیروی برشی سطحی، ضریب انتقال حرارت محلی، توزیع دما، نرخ تولید آنتروپی و مقاومت حرارتی در نتیجه استفاده از نانوسیال به دست آمد. نتایج عددی ما نشان داد که نانوسیالات در ترموسیفون می‌توانند به طور موثری عملکرد گرمایی را با کاهش دمای اواپراتور افزایش دهند در نتیجه تولید آنتروپی کلی را در مقایسه با آب خالص به ترتیب به میزان ۴۱ %، ۳۲ % و ۲۹ % کاهش دهند. علاوه بر این، تولید آنتروپی به طور قابل‌توجهی با افزایش سطح غلظت نانو ذره کاهش می‌یابد. نتایج عددی نشان می‌دهد که مقاومت جریان سیال در حال کار افزایش می‌یابد، حداکثر تولید آنتروپی اصطکاک در حدود ۳۶.۳۷ % %، ۱۵.۱۵ % و ۹.۰۹ % به ترتیب برای، و افزایش می‌یابد. علاوه بر این، وجود سطح غلظت بهینه برای نانوذرات در به حداکثر رساندن حد انتقال حرارت به صورت تیوری برای تمام نانوسیال ها بدست آمد. نتایج فعلی به خوبی با داده‌های تجربی با میانگین انحراف کم‌تر از ۱۰ % مطابقت دارد. در نتیجه، نتایج نشان می‌دهد که جمع‌آوری خورشیدی TPCT با استفاده از نانوسیال دارای یک دوره بازگشت ساده پایین برای جذب تابش خورشید برای تبدیل انرژی حرارتی در مقایسه با حالت شارژ شده با آب خالص است.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله General Materials Science
  • ترجمه مقاله General Materials Science
  • مقاله علوم مواد عمومی
  • ترجمه مقاله علوم مواد عمومی
  • مقاله Renewable Energy, Sustainability and the Environment
  • ترجمه مقاله Renewable Energy, Sustainability and the Environment
  • مقاله انرژی تجدید پذیر، پایداری و محیط زیست
  • ترجمه مقاله انرژی تجدید پذیر، پایداری و محیط زیست
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.