Numerical modelling and optimization of solar nanofluids

Abstract

Doğrudan Soğurmalı Güneş Kollektörleri (DSGK), yeni ve gelecek vaat eden bir güneş enerjisi dizaynı olarak dikkat çekmektedir. DSGK'lar nano-akışkanlar yardımıyla güneş enerjisini doğrudan soğurarak ek bir soğurucu tüpe ihtiyacı ortadan kaldırır ve verimliliği artırırlar. Nano-akışkanlar, nano boyutta parçaçıkların içinde çözündükleri seyreltik süspansiyonlardır ve iyi ısısal ve optik özellikler sergilerlerler. Bu çalışma düz plaka güneş enerjisi kollektörlerde nano-akışkan kullanımının optimizasyonunu amaçlamaktadır. Çekirdek-Kabuk ve saf nano-parçacıklar ile beraber baz sıvı olarak su ve etilen glikol araştırmaya dahil edilmiştir. Çekirdek-Kabuk nano-parçacıklar bir veya birden fazla katmanı olabilen küresel parçacıklardır. Bu parçacıkların boyutları ve malzemeleri güneş ışığını soğurma özelliklerini azami duruma getirecek şekilde seçilebilir. Kollektör modeli güneş enerjisinin nano-akışkan tarafından direk olarak soğurulması temeline dayanır ve nano-akışkanın dalga boyutuna bağlı ışınım özellikleri Lorenz-Mie Teorisi ile hesaplanır. Farklı konsantrasyon, parçacık boyutu ve kabuk kalınlığı değerleri her nano-akışkan için ayrı değerlendirilip optimal parametreler belirlenmesi bu çalışmanın ana amacıdır.

Direct Absorption Solar Collectors (DASCs) have gained popularity as a new and promising design for solar collector systems. DASCs utilize nanofluids to absorb solar energy directly; eliminating the need for an absorber tube, and providing increased efficiency. Nanofluids are dilute suspensions with dispersed nano-sized particles that show good thermal and optical or radiative properties. This study focuses on optimizing the overall system efficiency of a flat plate collector system using nanofluids. Core shell and pure nanoparticles are considered along with water and ethylene glycol as base fluids. Core-shell nanoparticles are spherical particles with multiple layers of different materials that can be selected for optimal absorption characteristics. The collector model considers direct absorption of solar energy by a flowing nanofluid, while the spectral radiative properties of the nanofluid are predicted based on Lorenz-Mie theory. Different volume fraction, particle size and shell thickness values are considered for each nanofluid type, and optimal parameters are determined.