Yarım küresel pürüzlü yutucu plakalı ve dairesel konik nozullu jet çarpmalı havalı güneş kollektörünün deneysel ve sayısal analizi

Abstract

Studies are generally carried out on collector geometry and flow models in order to increase the thermal efficiency of solar air collectors (SACs), with are utilized in hot air production for various industrial and domestic applications. In jet impinging air collectors (JIPSAC), the geometric shape of the absorber plate and nozzle significantly affects the thermal performance. In this study, the plate with hemispherical ribs (HAP) and circular tapered nozzle (CTN) are proposed to increase the thermal efficiency of the jet impinging solar air collector. An experimental study was carried out to examine the effect of the jet flow air passing through the circular tapered nozzle hitting the hemispherical absorber plate on the thermal efficiency. CFD analysis of the created model was performed using Ansys Fluent 19.2 version. CFD results are compared with that of the experimental results. The contours of pressure and velocity streamlines are presented and discussed in order to help visualize the flow physics. From experimental and numerical analysis, it has been observed that the thermal efficiency of the jet impingement solar air collector using the plate with hemispherical ribs and circular tpared nozzle pair (HAP-CTN) provides a 12.33% increase on the average outlet temperature compared to the jet impinging solar air collector with flat absorber plate. In JIPSAC where HAP-CTN pair is used, in the experimental study conducted for the same combinations, the highest average efficiency of the collector was determined as 24.5% and the highest average collector outlet temperature 47.8 oC at a mass flow rate of 0.0185 kg/s

Çeşitli endüstriyel ve evsel uygulamalar için sıcak hava üretiminde kullanılan havalı güneş kollektörlerinin (SAC) termal verimliliğini arttırmak için genellikle kollektör geometrisi ve akış modelleri üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Jet çarpmalı hava kollektörlerinde (JIPSAC) yutucu plaka ve nozulun geometrik şekli, ısıl performansı önemli bir ölçüde etkilemektedir. Bu çalışmada jet çarpmalı havalı güneş kollektöründe ısıl verimliliğini artırmak için yarı küresel yüzeyli emici plaka (HAP) ve dairesel konik nozul (CTN) çifti önerilmiştir. Dairesel konik nozuldan geçen jet akışlı havanın yarım küre şekilli absorber plakaya çarpmasının ısıl verime etkisini incelemek için deneysel çalışma yapılmıştır. Modelin Ansys Fluent 19.2 versiyonu kullanılarak CFD analizi yapılmıştır. CFD sonuçları deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Akış fiziğini görselleştirmeye yardımcı olmak için basınç ve hız akım çizgilerinin konturları sunulmuş ve tartışılmıştır. Deneysel ve sayısal analizlerden, yarı küresel emici plaka ve dairesel konik nozul çifti (HAP-CTN) kullanılan jet çarpmalı havalı güneş kollektörünün ısıl verimliliğinin, düz yutucu plakalı jet çarpmalı havalı güneş kollektörüne kıyasla ortalama çıkış sıcaklığı üzerinde % 12.33 lük bir artış sağladığı görülmüştür. HAP-CTN çifti kullanılan JIPSAC’ da aynı kombinasyonlar için yapılan deneysel çalışmada kollektörün en yüksek ortalama verimi, 0.0185 kg/s kütlesel debide % 24.5 ve en yüksek ortalama kollektör çıkış sıcaklığı 47.8 oC olarak tespit edilmiştir.