Published August 14, 2020 | Version v1
Publication Open

Exergy Optimization of a Solar Collector in Flat Plate Shape Equipped with Elliptical Pipes Filled with Turbulent Nanofluid Flow: A Study for Thermal Management

Creators

  • 1. Complexe de Recherche Interprofessionnel en Aérothermochimie
  • 2. Ton Duc Thang University
  • 3. University of Babylon

Description

In this paper, forced convection of a multiwalled carbon nanotube (MWCNT)–water nanofluid (NF) in a new flat plate solar collector (FPSC) equipped with elliptical pipes instead of circular ones is investigated. The three-dimensional conservation equations were solved in the domain with the finite volume method (FVM) based on the semi-implicit method for pressure linked equations (SIMPLE) algorithm. The laminar-turbulent range of the Reynolds number (Re) and the volume fraction of the NF (ϕ) were 50–12,000 and 0–0.1, respectively. The optimization process was accomplished through the comparison of diverse parameters to attain the optimal case with the highest exergy efficiency. In this study, it was concluded that, in the case of using elliptical pipes instead of circular tubes, the time that the fluid was inside the FPSC increased, which led to an increase in the outlet temperature, while the exergy efficiency of the FPSC increased. Additionally, it was observed that using elliptical pipes enhanced the outlet fluid temperature, energy efficiency, and exergy efficiency. Generally, while the trend of exergy efficiency variation with effective parameters was rising, applying elliptical pipes caused the efficiency to increase. In addition, the exergy efficiency variation decreased when these parameters were changed. The highest value of exergy efficiency was 7.1%. On the other hand, for each specific FPSC, there was a unique mass flow rate at which the exergy efficiency reached its maximum value, and for higher mass flow rates, the efficiency was slightly diminished and then remained unchanged. Finally, the highest exergy efficiency was achieved for ϕ = 0.10%.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في هذه الورقة، يتم التحقيق في الحمل الحراري القسري لأنبوب نانوي كربوني متعدد الجدران (MWCNT)- مائع نانوي مائي (NF) في مجمع شمسي مسطح جديد (FPSC) مزود بأنابيب بيضاوية الشكل بدلاً من الأنابيب الدائرية. تم حل معادلات الحفظ ثلاثية الأبعاد في المجال باستخدام طريقة الحجم المحدود (FVM) بناءً على الطريقة شبه الضمنية لخوارزمية المعادلات (البسيطة) المرتبطة بالضغط. كان النطاق الصفيحي المضطرب لرقم رينولدز (Re) والجزء الحجمي من NF (I) 50-12000 و 0–0.1 على التوالي. تم إنجاز عملية التحسين من خلال مقارنة المعلمات المتنوعة لتحقيق الحالة المثلى بأعلى كفاءة للطاقة الخارجية. في هذه الدراسة، تم استنتاج أنه في حالة استخدام الأنابيب الإهليلجية بدلاً من الأنابيب الدائرية، زاد الوقت الذي كان فيه السائل داخل FPSC، مما أدى إلى زيادة في درجة حرارة المخرج، بينما زادت كفاءة الطاقة الخارجية لـ FPSC. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ أن استخدام الأنابيب الإهليلجية يعزز درجة حرارة مائع المخرج وكفاءة الطاقة وكفاءة الطاقة الخارجية. بشكل عام، في حين أن اتجاه تباين كفاءة الطاقة الخارجية مع المعلمات الفعالة كان يرتفع، فإن تطبيق الأنابيب الإهليلجية تسبب في زيادة الكفاءة. بالإضافة إلى ذلك، انخفض تباين كفاءة الطاقة الخارجية عند تغيير هذه المعلمات. وكانت أعلى قيمة لكفاءة الطاقة الخارجية 7.1 ٪. من ناحية أخرى، بالنسبة لكل FPSC محدد، كان هناك معدل تدفق كتلي فريد وصلت فيه كفاءة الطاقة الخارجية إلى قيمتها القصوى، وبالنسبة لمعدلات التدفق الكتلي الأعلى، تقلصت الكفاءة قليلاً ثم بقيت دون تغيير. أخيرًا، تم تحقيق أعلى كفاءة في استخدام الطاقة الخارجية بنسبة 0.10 ٪.

Translated Description (French)

Dans cet article, la convection forcée d'un nanotube de carbone à parois multiples (MWCNT)- nanofluide d'eau (NF) dans un nouveau capteur solaire à plaques plates (FPSC) équipé de tuyaux elliptiques au lieu de tuyaux circulaires est étudiée. Les équations de conservation tridimensionnelles ont été résolues dans le domaine avec la méthode des volumes finis (FVM) basée sur la méthode semi-implicite pour l'algorithme (SIMPLE) des équations liées à la pression. La plage laminaire-turbulente du nombre de Reynolds (Re) et la fraction volumique du NF (ϕ) étaient de 50-12 000 et 0-0,1, respectivement. Le processus d'optimisation a été réalisé par la comparaison de divers paramètres pour atteindre le cas optimal avec la plus grande efficacité exergétique. Dans cette étude, il a été conclu que, dans le cas de l'utilisation de tuyaux elliptiques au lieu de tubes circulaires, le temps pendant lequel le fluide se trouvait à l'intérieur du FPSC augmentait, ce qui entraînait une augmentation de la température de sortie, tandis que l'efficacité exergétique du FPSC augmentait. De plus, il a été observé que l'utilisation de tuyaux elliptiques améliorait la température du fluide de sortie, l'efficacité énergétique et l'efficacité exergétique. En général, alors que la tendance à la variation de l'efficacité exergétique avec des paramètres efficaces augmentait, l'application de tuyaux elliptiques a entraîné une augmentation de l'efficacité. De plus, la variation de l'efficacité exergétique a diminué lorsque ces paramètres ont été modifiés. La valeur la plus élevée de l'efficacité exergétique était de 7,1 %. D'autre part, pour chaque FPSC spécifique, il y avait un débit massique unique auquel l'efficacité exergétique atteignait sa valeur maximale, et pour des débits massiques plus élevés, l'efficacité était légèrement diminuée puis restait inchangée. Enfin, l'efficacité exergétique la plus élevée a été atteinte pour ϕ = 0,10%.

Translated Description (Spanish)

En este artículo, se investiga la convección forzada de un nanotubo de carbono de pared múltiple (MWCNT) -nanofluido de agua (NF) en un nuevo colector solar de placa plana (FPSC) equipado con tuberías elípticas en lugar de circulares. Las ecuaciones de conservación tridimensionales se resolvieron en el dominio con el método de volumen finito (FVM) basado en el método semi-implícito para el algoritmo de ecuaciones ligadas a presión (SIMPLE). El rango de turbulencia laminar del número de Reynolds (Re) y la fracción de volumen del NF (ϕ) fueron 50-12.000 y 0-0,1, respectivamente. El proceso de optimización se logró mediante la comparación de diversos parámetros para lograr el caso óptimo con la mayor eficiencia exergética. En este estudio, se concluyó que, en el caso de utilizar tubos elípticos en lugar de tubos circulares, el tiempo que el fluido estuvo dentro de la FPSC aumentó, lo que condujo a un aumento en la temperatura de salida, mientras que la eficiencia exergética de la FPSC aumentó. Además, se observó que el uso de tuberías elípticas mejoró la temperatura del fluido de salida, la eficiencia energética y la eficiencia de exergía. En general, mientras que la tendencia de variación de la eficiencia de exergía con parámetros efectivos fue en aumento, la aplicación de tuberías elípticas hizo que la eficiencia aumentara. Además, la variación de la eficiencia de exergía disminuyó cuando se cambiaron estos parámetros. El valor más alto de eficiencia exergética fue del 7,1%. Por otro lado, para cada FPSC específico, hubo un caudal másico único en el que la eficiencia de exergía alcanzó su valor máximo, y para caudales másicos más altos, la eficiencia disminuyó ligeramente y luego se mantuvo sin cambios. Finalmente, se logró la mayor eficiencia de exergía para ϕ = 0.10%.

Files

pdf.pdf

Files (3.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:99056f5c46997d12e10014dd34dee999
3.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحسين الطاقة لمجمع الطاقة الشمسية في شكل لوحة مسطحة مجهزة بأنابيب بيضاوية مملوءة بتدفق سائل نانوي مضطرب: دراسة للإدارة الحرارية
Translated title (French)
Optimisation de l'exergie d'un capteur solaire en forme de plaque plate équipé de tuyaux elliptiques remplis de flux de nanofluides turbulents : une étude pour la gestion thermique
Translated title (Spanish)
Optimización de la exergía de un colector solar en forma de placa plana equipado con tuberías elípticas llenas de flujo de nanofluido turbulento: un estudio para la gestión térmica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3049509698
DOI
10.3390/w12082294

Is supplement to
https://openalex.org/W4387574708 (Other)
https://openalex.org/W4295804319 (Other)
https://openalex.org/W4282916743 (Other)
https://openalex.org/W4238646663 (Other)
https://openalex.org/W3136650063 (Other)
https://openalex.org/W3023401207 (Other)
https://openalex.org/W2727137681 (Other)
https://openalex.org/W2350865580 (Other)
https://openalex.org/W2328897397 (Other)
https://openalex.org/W2042599314 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1969809396
  • https://openalex.org/W1974271021
  • https://openalex.org/W1994098432
  • https://openalex.org/W2061352601
  • https://openalex.org/W2070147180
  • https://openalex.org/W2074412432
  • https://openalex.org/W2154607448
  • https://openalex.org/W2250201079
  • https://openalex.org/W231663889
  • https://openalex.org/W2325900051
  • https://openalex.org/W2386815126
  • https://openalex.org/W2409828951
  • https://openalex.org/W2410358183
  • https://openalex.org/W2522181215
  • https://openalex.org/W2910812058
  • https://openalex.org/W2919830097
  • https://openalex.org/W2920937325
  • https://openalex.org/W2921224500
  • https://openalex.org/W2936436003
  • https://openalex.org/W2945626624
  • https://openalex.org/W2945656059
  • https://openalex.org/W2947782432
  • https://openalex.org/W2963490462
  • https://openalex.org/W2966918965
  • https://openalex.org/W2967098050
  • https://openalex.org/W2969888709
  • https://openalex.org/W2989981143
  • https://openalex.org/W2994148135
  • https://openalex.org/W2999779040
  • https://openalex.org/W3000379599
  • https://openalex.org/W3005309865
  • https://openalex.org/W3011753515
  • https://openalex.org/W3012699342
  • https://openalex.org/W3025580500
  • https://openalex.org/W3027723238
  • https://openalex.org/W3033563601
  • https://openalex.org/W3035534899
  • https://openalex.org/W3041249365
  • https://openalex.org/W3042158636
  • https://openalex.org/W3042716241
  • https://openalex.org/W3043265900
  • https://openalex.org/W3043690556