Ενεργειακή και εξεργειακή μελέτη παραβολικού ηλιακού συλλέκτη με αέρια εργαζόμενα μέσα

Δανιήλ, Ηλίας; Daniil, Ilias

dc.contributor.author	Δανιήλ, Ηλίας	el
dc.contributor.author	Daniil, Ilias	en
dc.date.accessioned	2016-10-19T08:36:43Z
dc.date.available	2016-10-19T08:36:43Z
dc.date.issued	2016-10-19
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43841
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13107
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ηλιακή ενέργεια	el
dc.subject	Παραβολικός ηλιακός συλλέκτης	el
dc.subject	Σχεδιασμός	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Αέρια εργαζόμενα μέσα	el
dc.subject	Solar energy	en
dc.subject	Parabolic trough collector	en
dc.subject	Design	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Gas working fluids	en
dc.title	Ενεργειακή και εξεργειακή μελέτη παραβολικού ηλιακού συλλέκτη με αέρια εργαζόμενα μέσα	el
dc.title	Energetic and exergetic investigation of parabolic trough collector operating with gas working fluids	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ηλιακή ενέργεια	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/e7b90a6ad212d31a3951b11cab47fa22956e9b7a
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-03
heal.abstract	Αντικείμενο της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η προσομοίωση ενός συγκεντρωτικού παραβολικού ηλιακού συλλέκτη με αέρια εργαζόμενα μέσα. Ο σχεδιασμός και η προσομοίωση πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του λογισμικού Solidworks. Τα εξεταζόμενα εργαζόμενα μέσα είναι ο αέρας, το ήλιο και το διοξείδιο του άνθρακα. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα βασικά χαρακτηριστικά της ηλιακής ακτινοβολίας. Ακόμη δίνονται οι ορισμοί βασικών μεγεθών και αναφέρονται τρόποι μέτρησής της. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αρχικά αναφέρονται ορισμένες διαφορές ανάμεσα στους μη-συγκεντρωτικούς (επίπεδοι) και τους συγκεντρωτικούς ηλιακούς συλλέκτες. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι συνηθέστερες τεχνολογίες συγκεντρωτικών συλλεκτών που χρησιμοποιούνται, όπως είναι ο ηλιακός πύργος, ο γραμμικός συλλέκτης Fresnel, το παραβολικό ηλιακό πιάτο και ο συλλέκτης CPC. Ακολούθως δίνονται βασικά στοιχεία των συγκεντρωτικών παραβολικών συλλεκτών (PTC), που μας ενδιαφέρουν στην παρούσα εργασία. Πιο συγκεκριμένα, μετά από μία σύντομη ιστορική αναδρομή, παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά των συλλεκτών LUZ και Eurotrough, οι οποίοι αποτελούν ‘σταθμό’ στην ανάπτυξη και την εξέλιξη των συλλεκτών PTC. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται αναφορά στις κυριότερες εφαρμογές που χρησιμοποιούνται οι συγκεντρωτικοί παραβολικοί συλλέκτες. Στο τρίτο κεφάλαιο, αρχικά δίνονται τα βασικά χαρακτηριστικά (γεωμετρικά και οπτικά) του υπό μελέτη συλλέκτη. Στη συνέχεια γίνεται αναλυτική περιγραφή του τρόπου σχεδίασής του στο Solidworks. Συγκεκριμένα, παρουσιάζεται ο τρόπος απόδοσης των συνιστωσών του συλλέκτη στις δύο και στις τρεις διαστάσεις. Στο τέταρτο κεφάλαιο, αρχικά δίνονται ορισμένα κύρια χαρακτηριστικά του συλλέκτη, που χρειάζονται για την προσομοίωση και αναφέρονται οι βασικές εξισώσεις για τον προσδιορισμό των διαφόρων μεγεθών. Στη συνέχεια περιγράφεται αναλυτικά ο τρόπος δημιουργίας και διαμόρφωσης της προσομοίωσης στο Solidworks. Πιο συγκεκριμένα, για καθένα από τα τρία εξεταζόμενα εργαζόμενα μέσα, πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις για τέσσερεις διαφορετικές παροχές μάζας, επιλεγμένες με στόχο την καλύτερη εξεργειακή απόδοση. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. Δίνονται διάφορα διαγράμματα για καθένα από τα αέρια (θερμικός και εξεργειακός βαθμός απόδοσης, θερμικές απώλειες, πτώση πίεσης, θερμοκρασία απορροφητή και σωλήνα κενού, συντελεστής συναγωγής). Στο τέλος για την παροχή που παρουσιάζει τη βέλτιστη εξεργειακή απόδοση, γίνεται σύγκριση μεταξύ των αερίων. Στο έκτο κεφάλαιο εξετάζεται η βελτίωση της απόδοσης του συλλέκτη με την εισαγωγή πτερυγίων στο εσωτερικό του απορροφητή. Έτσι, αρχικά περιγράφεται η διαδικασία σχεδιασμού των πτερυγίων στο συλλέκτη. Η διαδικασία διαμόρφωσης των προσομοιώσεων είναι παρόμοια με αυτή που αναφέρθηκε στο κεφάλαιο 4. Συνολικά εξετάζονται τρεις διαμορφώσεις πτερυγίων. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων και γίνεται σύγκριση. Στο έβδομο κεφάλαιο της εργασίας περιλαμβάνονται τα συμπεράσματα από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων.	el
heal.abstract	The main object of this diploma thesis is the design and simulation of a parabolic trough collector operating with gas working fluids. Specifically, the examined gases are: air, helium and carbon dioxide. The design of the collector and the simulations are accomplished using the software Solidworks. In the first chapter, the main characteristics of solar energy are described. Also, there are mentioned methods that are used in order to measure solar energy. The second chapter is related to concentrating collectors. Initially, the main differences between non-concentrating (flat plate) and concentrating solar collectors are presented. Subsequently, the main types of concentrating collectors technology that are used nowadays, such as power tower, linear Fresnel collector, parabolic dish collector and compound parabolic collector (CPC) are mentioned. After that, the characteristics of parabolic trough collector (PTC), which is the main object of this thesis, are presented. More specifically, after a short historical flashback, the two most significant PTC models, which are LUZ and Eurotrough, are described. In the end of the chapter, the basic applications of parabolic trough collectors are given. In the third chapter, firstly the basic geometrical and optical characteristics of the PTC model are presented. Subsequently, the design of the collector using Solidworks in two and three dimensions is described. In the fourth chapter, some characteristics of the collector that are needed for the simulations and the basic equations from solar energy and heat transfer are mentioned. Subsequently, the configuration of the simulation case in Solidworks is extensively described. For each gas, there were carried out simulations for four different mass flows and temperature levels which are chosen in order to optimize the exergetic efficiency. In the fifth chapter, the results of simulations are presented. Especially, for every examined gas, various charts are included (thermal and exergetic efficiency, thermal losses, pressure drop, absorber and glass cover temperature, heat transfer coefficient). In the end, there is a comparison between the three gases for the optimum mass flow (which optimizes the exergetic efficiency). In the sixth chapter, the enhancement of collectors efficiency by using fins in the absorber is examined. Firstly, the design of the fins using Solidworks is described. Especially, three different fin configurations are examined. In the end of the chapter, the results of the simulations are presented. Finally in the seventh chapter, the conclusions from the design and the simulations of the collector are mentioned.	en
heal.advisorName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνόπουλος, Κίμων	el
heal.committeeMemberName	Κορωνάκη, Ειρήνη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	135 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true