$Al_2O_3$/Erimiş Tuz Nanoakışkan Karışımının Parabolik Güneş Kolektörlerinde Isı Transferine Etkisinin İncelenmesi

Investigation of Heat Transfer Effect in Parabolic Trough Collectors With Using $Al_2O_3$/ Molten Salt Nanofluid

Özet

Bu çalışmada, hacimsel konsantrasyonu %1 ile %5 arasında değişen $Al_2O_3$ nano parçacıkları ile limit çalışma sıcaklıkları 220 °C ile 600 °C arasında değişen, ağırlıkça %60 sodyum nitrat ($NaNO_3$) ve ağırlıkça %40 potasyum nitrat ($KNO_3$) karışımı olan erimiş tuz karıştırılarak elde edilen nanoakışkanın parabolik güneş kolektöründe kullanımı ele alınmış ve erimiş tuza göre ısı transfer performansının artışı sayısal olarak incelenmiştir. Hesaplamalar, tam gelişmiş türbülanslı akışta gerçekleştirilmiş olup, alıcı boru uzunluğu 7,8 m ve açıklık alanı 39 m2 olan bir parabolik güneş kolektörüne uygulanmıştır. Ayrıca, alıcı boru ile cam boru arası vakumlu olarak kabul edilmiştir ve alıcı boru üzerine kaplanan seçici kaplama metal ile seramik karışımı olan cermet olarak seçilmiştir. Sonuç olarak %5 hacimsel konsantrasyondaki nanoakışkanın erimiş tuza göre ısı taşınım katsayısında maksimum %9,38 ve kolektörün ısıl veriminde ise maksimum %0,6 artış sağlandığı görülmüştür. Ayrıca, nanoakışkan içerisinde nanoparçacığın hacimsel konsantrasyonun artışı ile absorber boru içerisinde oluşan basınç düşümünün artışı doğru orantılı olduğu ve maksimum basınç düşümünün %7,7 olduğu hesaplamalar sonucunda gösterilmiştir.

Abstract

In this study, the nanofluid was obtained by mixing with $Al_2O_3$ nanoparticles which a volumetric concentration ranging from 1% to 5% and molten salt which working temperatures ranging from 220 °C to 600 °C and wt 60% sodium nitrate ($NaNO_3$ ) and wt 40% potassium nitrate ($KNO_3$ ). The use of nanofluids in the parabolic solar collector and the increase of heat transfer performance according to the molten salt were investigated numerically. The calculations were carried out in a fully devel oped turbulent flow and the receiver tube length is 7,8 m and the aparture area is 39 m2 . In addition, the receiving tube is evacuated between the glass tube and the selective coating coated on the receiving tube is selected as cermet, which is a ce ramic mixture with metal. As a result, the heat convective coefficient of the nanofluid was increased 9,38% at 5% volumetric concentration was increased 9,38% and the heat efficiency of the collector was increased by 0,6% compared to the molten salt. In addition, the pressure drop in the absorber tube increases as the volume of the nanoparticle in the nanoparticle increases and the maximum pressure drop is calculated as 7,67%.