بهبود عملکرد پمپ حرارتی خورشیدی با استفاده از نانو لوله کربنی در مبرد و ساختار چگالنده آن

نوع مقاله : گرایش انتقال حرارت و پیشرانش

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک-دانشگاه آزاد واحد تهران شرق

2 گروه هوافضا- دانشگاه صنعتی ارومیه- ارومیه- ایران

چکیده

بهبود عملکرد پمپ‌های حرارتی خورشیدی همواره مورد توجه محققان بوده است. هدف از انجام این پژوهش، یافتن حالت بهینه‌ای از غلظت نانولوله کربنی (CNT)، طول کل لوله و قطر حلقه مارپیچی لوله چگالنده در یک سیستم پمپ حرارتی خورشیدی است تا بیشترین مقدار انتقال حرارت و اگزرژی را نتیجه دهد. روش بررسی، عددی بوده که از روش حجم محدود در حالت ناپایا و آرام استفاده شده است. از الگوریتم ژنتیک برای دستیابی به حالت بهینه برای دو حالت چگالنده با قطر ثابت و قطر متغیر استفاده شد. غلظت‌های 0، 5/0 و 1 درصد نانولوله کربنی در مبرد و غلظت‌های 0، 1 و 3 درصد نانولوله کربنی در لوله مسی، به همراه سه قطر مختلف چگالنده در هر دو حالت قطر ثابت و قطر متغیر و سه طول مختلف لوله چگالنده مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که استفاده از نانولوله کربنی در مبرد، موجب افزایش عدد ناسلت و افزایش اگزرژی می‌شود درحالیکه استفاده از نانولوله کربنی در ساختار لوله مسی چگالنده، باعث کاهش عدد ناسلت و اگزرژی خواهد شد. همچنین نتایج نشان داد که استفاده از نانولوله کربنی در مبرد موجب افزایش عدد ناسلت بین 16 تا 21 درصد و افزایش اگزرژی بین 9 تا 13 درصد می‌شود. این در حالی است که استفاده از نانولوله کربنی در ساختار دیواره لوله مسی کندانسور باعث کاهش عدد ناسلت تا 5/9 درصد و کاهش اگزرژی تا 18 درصد شد.

کلیدواژه‌ها

dor dor: 20.1001.1.26455323.1399.16.3.6.4

1. Sporn, P., Ambrose, E., “The Heat Pump and Solar Energy”, Proc of the World Symp. on Applied Solar Energy Phoenix, US, 1955.##
2. Morrison, G., “Simulation of Packaged Solar Heat-Pump Water Heaters”, J. Sol. Energy, Vol. 53, No. 3, pp. 249-257, 1994.##
3. Azarkish, H., Behzadmehr, A., Hosseini Soruri, S., “Investigation on The Use of Different Refrigerant in the Solar Heat Pump to Warm a Residential House”, 18th annual Conf. Mech. Eng. Sharif University of Technology, 1389. [In Persian]##
4. Mesgari, S., Hjerrild, N., Arandiyan, H., Taylor, P.A., “Carbon nanotube heat transfer fluid for solar radiant heating of buildings”, J of Energy and Building, Vol. 175, No. 15, pp. 11-16, 2018.##
5. Cervantes, J. G., Torres Reyes, E., “Experiments on a Solar-Assisted Heat Pump and an Exergy Analysis of the System”, J. Appl. Therm. Eng., Vol. 22, No. 12, pp. 1289-1297, 2002.##
6. Badescu, V., “First and Second Law Analysis of a Solar Assisted Heat Pump Based Heating System”, J. Energ Convers Manage., Vol. 43, No. 18, pp. 2539-2552, 2002.##
7. Dikici, A., Akbulut, A., “Performance Characteristics and Energy–Exergy Analysis of Solar-Assisted Heat Pump System”, J. Build Environ., Vol. 43, No. 11, pp. 1961-1972, 2008.##
8. Stritih, U., Zavrl, E., Paksoy, H.O., “Energy analysis and carbon saving potential of a complex heating system with solar assisted heat pump and phase change matrial (PCM) thermal storage in different climatic condition”, Euro. J. Sustain. Dev. Res., Vol. 3, o. 1, pp. 1/17-17/17, 2019.##
9. Moreno Rodriguez, A., Garcia Hernando, N., González-Gil, A. and Izquierdo, M., “Experimental Validation of a Theoretical Model for a Direct-Expansion Solar-Assisted Heat Pump Applied to Heating”, Energ J., Vol. 60, No. 1, pp. 242-253, 2013.##
10. Zhang, D., Wu, Q., Li, J. and Kong, X., “Effects of Refrigerant Charge and Structural Parameters on the Performance of a Direct-Expansion Solar-Assisted Heat Pump System”, J. Appl. Therm. Eng., Vol. 73, No. 1, pp. 522-528, 2014.##
11. Mastronardo, E., Milone, C., “Thermochemical performance of carbon nanotubes based hybrid materials for MgO/H2O/Mg(OH)2 chemical heat pumps”, J. Appl. Energy, Vol. 181, No. 1, pp. 232-243, 2016.##
12. Palanisamy, K., Kumar, P.C.M., “Experimental investigation on convective heat transfer and pressure drop of cone helically coiled tube heat exchanger using carbon nanotubes/water nanofluids”, J. Helion, Vol. 5, No. 5, e1707, 2019. ##
13. Vahdat Azad, A., Vahdat Azad, N., “Application of nanofluids for the optimal design of shell and tube heat exchangers using generic algorithm”, J. Case Studies in Thermal Engineering, Vol. 8, pp. 198-206, 2016.##
14. Dai, N., Li, S., “Simulation and performance analysis on condenser coil in household heat pump water heater”, J. Sustain. Cities Soc., Vol. 36, pp. 176-184, 2018.##
15. Dai, N., Li, S., “Coupling Model of Heat Pump System and Water Tank with Immersed Condenser Coil in HPWH”, 4th Inter. Conf. On Build. Energy, Environ.; Melborne, Australia, pp. 671-676, 2018.##
16. Prabhanjan, D. G., Rennie, T. J. and Raghavan, G. V., “Natural Convection Heat Transfers from Helical Coiled Tubes”, Int. J. Therm. Sci., Vol. 43, No. 4, pp. 359-365, 2004.##
17. Jegadheeswaran, S., Pohekar, S., “Exergy Analysis of Particle Dispersed Latent Heat Thermal Storage System for Solar Water Heaters”, J. Renew. Sust. Energ. Rev., Vol. 2, No. 2, pp. 023105-1-17, 2010.##
18. Park, K. J., Jung, D., “Boiling Heat Transfer Enhancement with Carbon Nanotubes for Refrigerants Used in Building Air-Conditioning”, J. Energ. Buildings., Vol. 39, No. 9, pp. 1061-1064, 2007.##
19. Vallet, G. M., Dunand, M. and Silvain, J. F., “Influence of Carbon Nanotubes Dispersion on Thermal Properties of Copper-Carbon Nanotubes (CNTs) Composite Materials”, Univers. J. Mater. Sci., Vol. 3, No. 4, pp. 55-61, 2015.##