Solar reciver design and analysis

Abstract

Bu çalışmada, 1.2 m genişliğinde ve 1.2 m yüksekliğinde 25 adet yansıtıcı aynadan oluşan 36 m²'lik iki eksenli parabolik çanak güneş kolektörünün ısı alıcısı tasarlandı, CFD (sayısal akışkanlar dinamiği) ile analiz edildi, yerel bir atölyede üretimi yapıldı, ve daha sonra Adnan Menderes Üniversitesi merkez kampüsünde deneysel alan testlerine tabi tutuldu. Güneş ısı alıcısı 624mm iç çapında ve 665mm derinliğinde açık tiptir, ve ¾ inç çelik borudan spiral bir silindir ve tabanında yine aynı borudan helis şekillidir. Odak noktasında yoğunlaştırılmış güneş ışığının çapı mükemmel ayna yüzeyi yaklaşımıyla 200mm olarak bulunmuştur, fakat çap gerçekteki yansıtıcı yüzey pürüzlülüğü ve aynaların oryantasyon hatalarından dolayı silindirik spiralin çapına eşit alınmıştır. Hacimsel debi, devir daim eden suyun giriş sıcaklığı, ve hat basınçları gibi gerçek sınır şartları kabul edilerek alıcının CFD modeli, analizlerin gerçek işleme yakın sonuçlar verdiğini göstermiştir, ve analizlerin ışınımı dahil ederek iyileştirilebileceğini gerçeğini gerçek işlem göstermiştir. Belirli bir zenith ve azimuth açıları ve yaklaşık 30 dakikalık bir periyot için sistem, gündüzleri kararlı hal göstermiştir, ve bir dizi deneysel ölçümler yapılmıştır. Deneysel sonuçlar CFD modelden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmış ve sonuçların en fazla %10 içinde birbirleriyle örtüştüğü görülmüştür.

In this study, a solar cavity heat receiver for a 36 m² two-axis parabolic dish collector consisting of 25 reflective mirrors 1.2 m wide and 1.2 m high has been designed, analyzed by employing computational fluid dynamics (CFD), manufactured in a local workshop, and then tested experimentally on site at the Central Campus, Adnan Menderes University. The solar cavity heat receiver is an open type with an inner diameter of 624mm and a depth of 665mm and has a cylindrical ¾ inch steel pipe spiral tubing with a helical tubing at the bottom of the same diameter. The diameter of the concentrated sunlight at the focal point was found to be 200 mmas a result of optical analysis with perfect mirror surface approach, but the diameter was taken equal to the diameter of the cylindrical spiral due to defects on the reflective surface and orientation errors of mirror facets. The CFD model of the receiver, assuming the actual boundary conditions such as volumetric flow rate, input temperature of circulating water and line pressure showed that analyses approached the actual process, and also the process indicated the fact that the analyses can be improved by taking into account the thermal radiation. Since for a certain set of zenith and azimuth angles and a period of approximately 30 minutes the system showed a steady-state characteristic during the daytime, a set of experimental measurements were carried out. The experimental results were compared to those of the CFD model, and it was seen that they were in good agreement within the range of 10%.