توصيفگر ها :
انرژي خورشيدي , كلكتور خورشيدي , جريان ضربان دار , بازدهي حرارتي , بهينه سازي , پمپ حرارتي
چكيده فارسي :
چكيده
با توجه به افزايش روزافزون نيازهاي انرژي و مواجهه با آلودگيهاي ناشي از سوختهاي فسيلي، و همچنين پايانپذير بودن سوختهاي فسيلي، انرژي خورشيدي به عنوان يكي از منابع نامحدود و پاك طبيعي در نظر گرفته ميشود كه ميتواند به عنوان جايگزيني پايدار براي سوختهاي معمولي در توليد انرژي به كار رود. در شرايط كنوني مصرف سوختهاي فسيلي در كرهي زمين، لزوم استفاده از كلكتورهاي خورشيدي با هندسههاي جديد، به عنوان انرژي پاك در ساختمانهاي مسكوني و صنعتي به عنوان يك ضرورت مورد توجه قرار گرفته است. از طرفي مطالعه بر روي افزايش بازدهي كلكتورها و كندانسورها نيز از دغدغههاي پژوهشگران ميباشد. با توجه به اينكه كلكتور و كندانسور از مهمترين اجزاي سيكلهاي مرتبط با پمپهاي حرارتي محسوب ميشوند، در اين تحقيق تاثير استفاده از كلكتور و كندانسور بر بازدهي حرارتي اين المانها مورد بررسي قرار خواهد گرفت و سپس با اعمال الگوريتمهاي بهينهسازي مبتني بر روشهاي جستجوي تصادفي همچون روش الگوريتم ژنتيك، اهداف ارتقاي بازدهي حرارتي و كاهش افت فشار سيال عامل پيگيري خواهد شد.
كلكتورهاي و كندانسور پس از شبيهسازي، براي بهينهسازي در اين بخش انتخاب شده است. طول، قطر و ضخامت ورق حامل جريان ضرباندار در محدودههاي مختلف ميتواند براي بهينهسازي انتخاب شود. در اين تحقيق مقدار افزايش بازدهي حرارتي كلكتور حامل جريان نانوسيال ضرباندار اولين تابع هدف براي بيشينهسازي معرفي ميشود. انتخاب متغير بازدهي به عنوان هدف طراحي، بدليل اين مساله است كه مطابق با تحليل فرمولاسيون سيكل، ارتقاي بازدهي كلي در گروي ارتقاي مقادير دمايي در مقطع خروجي كلكتور و كاهش دماي خروجي از كندانسور است. پارامتر هدف دوم مقادير افت فشار است كه بايد كمينه گردد. استفاده از جريان ضرباندار به دليل ماهيت منقطعي كه دارد ميتواند تاثير منفي در تامين آب گرم مصرفي داشته باشد، به همين دليل بهينهسازي بايد طوري اجرا گردد تا كمينه افت فشار در اجزاي كلكتور و كندانسور وجود داشته باشد. در اين مسالهي بهينهسازي، تلاش ميشود تا افزايش راندمان كلي سيكل و كاهش افت فشار جريان ضرباندار به صورت همزمان اجرا شود. متغيرهاي در نظر گرفته شده براي كلكتور و كندانسور، طول، قطر و ضخامت لولههاي حامل جريان پالسي خواهند بود. روش كار بهينه¬سازي به اين صورت است كه در گام اول با استفاده از انتخاب متغيرها به صورت هوشمند، متغيرهاي طراحي انتخاب ميشوند. سپس با استفاده از چندجملهاي جبري با درجهي مشخص توابع هدف بر اساس متغيرهاي طراحي ساخته ميشود. به دليل ماهيت چندهدفهي مساله از چهار روش مقيد تك هدفه، روش وزن بهينه، ميانگين هندسي و MDO براي فرمول¬بندي مسالهي چندهدفه استفاده خواهد شد. در نهايت نتايج بهينه براي هندسهي كلكتور و كندانسور سيكل با روش الگوريتم ژنتيك تحليل و نقاط بهينه انتخاب خواهد شد.
چكيده انگليسي :
Abstract
Due to the increasing energy needs and exposure to pollution from fossil fuels, as well as the end of fossil fuels, solar energy is considered as one of the unlimited and clean natural resources that can be used as a sustainable alternative to conventional fuels in energy production. In the current situation of fossil fuel consumption on Earth, the need to use solar collectors with new geometries as clean energy in residential and industrial buildings has been considered as a necessity. On the other hand, the study of increasing the efficiency of collectors and condensers is also a concern of researchers. Considering that the collector and condenser are considered to be the most important components of the cycles related to heat pumps, in this research the effect of using the collector and condenser on the thermal efficiency of these elements will be investigated and then by applying optimization algorithms based on random search methods such as the genetic algorithm method, the goals of improving thermal efficiency and reducing the pressure drop of the working fluid will be pursued. The collectors and condenser have been selected for optimization in this section after simulation. The length, diameter and thickness of the pulsating flow carrier plate in different ranges can be selected for optimization. In this research, the amount of increase in the thermal efficiency of the pulsating nanofluid flow carrier collector is introduced as the first objective function for maximization. The selection of the efficiency variable as the design objective is due to the fact that, according to the cycle formulation analysis, improving the overall efficiency depends on improving the temperature values at the collector outlet section and reducing the outlet temperature from the condenser. The second objective parameter is the pressure drop values, which must be minimized. The use of pulsating flow due to its intermittent nature can have a negative impact on the supply of hot water for consumption, for this reason, optimization should be implemented in such a way that there is a minimum pressure drop in the collector and condenser components. In this optimization problem, an attempt is made to increase the overall efficiency of the cycle and reduce the pressure drop of the pulsating flow simultaneously. The variables considered for the collector and condenser will be the length, diameter, and thickness of the pipes carrying the pulse flow. The optimization method is as follows: in the first step, design variables are selected using intelligent variable selection. Then, using an algebraic polynomial with a certain degree, objective functions are constructed based on the design variables. Due to the multi-objective nature of the problem, four single-objective constrained methods, the optimal weight method, the geometric mean, and MDO will be used to formulate the multi-objective problem. Finally, the optimal results for the collector and condenser geometry of the cycle will be analyzed using the genetic algorithm method and the optimal points will be selected.