Enhanced heat transfer performance of a flat plate solar collector using nanofluids

Abstract

Düz plaka güneş kolektörü (FPSC), güneş enerjili su ısıtma sistemlerinde önemli bir bileşen olarak düşünülür. Kolektör tarafından, güneş radyasyonundan elde edilen ısıl enerji, `nano-fluid` olarak adlandırılanları oluşturmak için küçük miktarda nanopartiküllerin çalışma sıvısına (suya) eklenmesiyle geliştirilebilir. Bu nedenle, bu proje, FPSC'nin ısı transfer performansını, orijinal sıvı (su) yerine çalışma sıvıları olarak TiO2 / su ve CuO / su nano-fluidlerini kullanarak spiral boru düzeni ile değerlendirmeye odaklanmaktadır. FPSC performansı, akışkanın tipinin, akışkanın akış oranının ve nanofluidlerin nanopartikül hacim konsantrasyonunun, giren ve çıkan akışkanların akımları arasındaki sıcaklık farkı ve FPSC termal verimliliği üzerindeki etkisine dayanarak değerlendirildi. Sonuçlar, FPSC'de bir çalışma sıvısı olarak CuO / su nano-fluidinin, CuO nano parçacıklarının daha yüksek olan termal iletkenliğinden dolayı, orijinal sıvı (su) kadar TiO2 / su nano-fluid'e kıyasla daha yüksek ısı transfer performansı sergilediğini gösterdi. Su, CuO / su ve TiO2 / su nano yakıtları için 1.5 litre / dakika akış hızındaki giriş-çıkış sıcaklık farkı sırasıyla 6.6 ° C, 7.1 ° C ve 7.9 ° C idi. Ayrıca, maksimum verimlilik 3 litre / dakikalık bir akış oranında CuO / su nano-fluidinin (% 0.2) partikül hacmi konsantrasyonu için % 60 olarak rapor edilmiştir.Son olarak, ham deney verileri temel alınarak, baz sıvısı (su), CuO / su nanofluidi ve TiO2 / su nano-fluidi için ampirik korelasyonlar (Nusselt sayısı Reynolds sayısı ve Prantal sayısına bağlı olarak) Statistica yazılımı kullanılarak elde edildi.Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir enerji, Düz plaka güneş kolektörü, Nanofluid,CuO / Su ve TiO2 / Su Nanoflüleri, Güneş enerjisi, Su ısıtma sistemleri.

A flat plate solar collector (FPSC) is considered a major component in solar water-heating systems. The harvested thermal energy from the solar radiation by the collector can be improved by adding a small amount of the nanoparticles to the working fluid (water) to form what is called `nano-fluid`. Hence, this project focuses on evaluating the heat transfer performance of the FPSC with a spiral tube arrangement using TiO2/water and CuO/water nano-fluids as working fluids instead of the base fluid (water). The FPSC performance was evaluated based on the effect of the fluid type, the fluid flow rate, and the nanoparticles volume concentration of the nanofluids on the temperature difference between the inlet and outlet fluid streams and the FPSC thermal efficiency. The results showed that the CuO/water nano-fluid as a working fluid in the FPSC exhibited higher heat transfer performance compared to TiO2/water nano-fluid as well as the (base fluid water) due to the higher thermal conductivity of CuO nanoparticles. The inlet-outlet temperature difference at 1.5 Lpm flow rate for water, CuO/water and TiO2/water nano-fluids were 6.6 °C, 7.1 °C, and 7.9 °C, respectively. Furthermore, the maximum efficiency was reported to be 60% for 0.2% particle volume concentration of the CuO/water nano-fluid at a flow rate of 3 Lpm. Finally, based on the raw experimental data, the empirical correlations (Nusselt number as a function of Reynolds number and Prantal number) for the base fluid (water), CuO/water nano-fluid, TiO2/water nano-fluid were obtained utilizing Statistica software. Keywords: Renewable energy, Flat plate solar collector, Nanofluid, CuO/Water and TiO2 /Water Nanofluids, Solar thermal energy, Water heating systems.