Θερμική και υδραυλική ανάλυση παραβολικού ηλιακού συλλέκτη με πτερύγια εντός της ροής

Τσιμπούκης, Δημήτριος; Tsimpoukis, Dimitrios

dc.contributor.author	Τσιμπούκης, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Tsimpoukis, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2017-09-01T12:04:30Z
dc.date.available	2017-09-01T12:04:30Z
dc.date.issued	2017-09-01
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45470
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14537
dc.rights	Default License
dc.subject	Παραβολικοί συλλέκτες	el
dc.subject	Θερμική ανάλυση	el
dc.subject	Πτερύγια	el
dc.subject	PTC	en
dc.subject	Thermal hydraulic analysis	en
dc.subject	Fins	en
dc.title	Θερμική και υδραυλική ανάλυση παραβολικού ηλιακού συλλέκτη με πτερύγια εντός της ροής	el
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	2017-07-11
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η μελέτη παραβολικών συλλεκτών με επιμήκη ορθογωνικά πτερύγια στο εσωτερικό του απορροφητήρα τους, με σκοπό τη βελτίωση της θερμικής τους απόδοσης. Η μελέτη αυτή περιλαμβάνει σχεδιασμό και προσομοίωση της λειτουργίας των συλλεκτών με και χωρίς πτερύγια στο εσωτερικό του απορροφητήρα τους στο λογισμικό SolidWorks Flow Simulation. Το εργαζόμενο μέσο που χρησιμοποιείται, είναι το θερμικό έλαιο Syltherm 800. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας, γίνεται εκτενής αναφορά στην ενεργειακή κατάσταση που επικρατεί στον πλανήτη, ενώ στη συνέχεια περιγράφονται οι ανανεώσιμες πηγές που χρησιμοποιούνται σήμερα, με μεγαλύτερη έμφαση να δίνεται στην ηλιακή ενέργεια. Στο δεύτερο κεφάλαιο δίνονται τα βασικά χαρακτηριστικά του ήλιου και της ηλιακής ακτινοβολίας και παρουσιάζονται οι ηλιακοί συλλέκτες που χρησιμοποιούνται, ενώ στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται λεπτομερής περιγραφή της λειτουργίας των παραβολικών συλλεκτών με κάτοπτρο (Parabolic Trough Collector - PTC) και των εφαρμογών στις οποίες οι ίδιοι χρησιμοποιούνται. Επίσης, παρουσιάζονται μελέτες με τα αποτελέσματα τους, οι οποίες έχουν επικεντρωθεί στη βελτίωση της θερμικής απόδοσης των PTC. Σημαντικότεροι τρόποι για τη βελτίωση της θερμικής απόδοσης των συλλεκτών είναι η προσθήκη νανοϋλικών στο εργαζόμενο μέσο, καθώς και παρεμβάσεις στη γεωμετρία του απορροφητήρα. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται λεπτομερής περιγραφή του τρόπου σχεδιασμού και προσομοίωσης του συλλέκτη με και χωρίς πτερύγια εντός του απορροφητήρα στο λογισμικό SolidWorks Flow Simulation. Συγκεκριμένα, σχεδιάστηκαν δεκατρείς διαφορετικές περιπτώσεις συλλεκτών, από τους οποίους ο ένας περιλαμβάνει λείο απορροφητήρα, ενώ οι υπόλοιποι δώδεκα αποτελούνται από απορροφητήρες με πτερύγια διαφορετικών γεωμετριών στο εσωτερικό τους. Το μήκος των πτερυγίων που σχεδιάστηκαν κυμαίνεται από 5 mm έως 20 mm με βήμα 5 mm, ενώ το πάχος εξετάζεται για τις τιμές 2 mm, 4 mm και 6 mm. Στη συνέχεια παρουσιάζονται και εξηγούνται οι βασικές σχέσεις που χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση του συλλέκτη, καθώς επίσης πραγματοποιείται έλεγχος εγκυρότητας των αποτελεσμάτων (Validation) που δίνει το πρόγραμμα με βάση πραγματικά δεδομένα. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται αναλυτικά όλα τα αποτελέσματα με μορφή διαγραμμάτων και στη συνέχεια σχολιάζονται. Με βάση ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο κριτήριο για την αξιολόγηση της θερμικής βελτίωσης ενός συλλέκτη συγκριτικά με την αύξηση του συντελεστή τριβής (Performance Evaluation Criteria – PEC), η βέλτιστη περίπτωση για θερμοκρασία εισόδου του εργαζόμενου μέσου 600 Κ και παροχή όγκου 150 L/min, είναι αυτή των πτερυγίων με μήκος 20 mm και πάχος 4 mm. Στην περίπτωση αυτή ο θερμικός βαθμός απόδοσης ισούται με 69.11%, ενώ ο λείος απορροφητήρας παρουσιάζει θερμικό βαθμό απόδοσης 68.24%. Επίσης, ο λόγος του αριθμού Nusselt της περίπτωσης αυτής σε σχέση με τον λείο απορροφητήρα είναι 2.647, ενώ ο λόγος του συντελεστή τριβής ισούται με 5.681. Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο, περιλαμβάνονται τα συμπεράσματα της μελέτης.	el
heal.abstract	The main object of this diploma thesis is the study of parabolic trough collectors with internally finned absorbers. This study includes the design and simulation of the collectors’ operation with and without fins inside their absorbers, by using the software SolidWorks Flow Simulation. The heat transfer fluid which is utilized is the thermal oil Syltherm 800. In the first chapter, there is a description of the global energy consumption and the renewable energy sources which are used today. In the second chapter, the main characteristics of the solar energy are given and all the types of the solar collectors are presented, while in the third chapter there is a detailed description of the parabolic trough collectors’ (PTC) operation and the applications in which they are used. In addition, several researches that study the thermal enhancement of PTCs are presented. The main methods to improve the thermal efficiency of the collectors, is the utilization of nanofluids as heat transfer fluids or the alteration of the absorber’s geometry. In the fourth chapter, the methods of the design and simulation of the collector with and without fins inside the absorber are described. More specifically, thirteen different cases of collectors are designed, one of which includes smooth absorber, while the other twelve are composed of absorbers with fins of different geometries inside them. The length of those fins varies from 5 mm to 20 mm with step 5 mm, while the thickness is studied for the values 2 mm, 4 mm and 6 mm. Furthermore, important equations that are used for the evaluation of the collector are presented and explained, and in the end of the chapter validation of the results that are given by SolidWorks is conducted. In the fifth chapter, diagrams of all the results are presented and commented thoroughly. For the evaluation of the thermal enhancement of the collector compared to the simultaneous increase of the friction factor, a criterion named Performance Evaluation Criteria (PEC) is used. For inlet temperature of the thermal oil equal to 600 K and flow rate equal to 150 L/min, the optimum case according to this criterion is the one with fins with length 20 mm and thickness 4 mm. In this case, the thermal efficiency is 69.11%, while in the case of the smooth absorber the thermal efficiency is 68.24%. Furthermore, the Nusselt ratio between the two cases is 2.647, and the ratio of the friction factor is 5.681. In the sixth and final chapter, the conclusions of this research are discussed.	en
heal.advisorName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνόπουλος, Κίμων	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	166 σ.
heal.fullTextAvailability	true