چکیده:
در این مطالعه به بررسی آنالیز انرژی و اگزرژی یک کلکتور خورشیدی صفحهتخت که در جزیرۀ ابوموسی (خلیج فارس) در استان هرمزگان (منطقۀ گرمسیری) قرار گرفته است، پرداخته میشود. هدف از انجام این مطالعه بررسی اثر شکل نانوذرات دیسولفید مولیبدن (MoS2) برای چهار شکل مختلف از نانوذرات (تیغهای، صفحهای، آجری و استوانهای) بر انتقال حرارت و تولید آنتروپی است. نتایج خروجی شامل عدد ناسلت متوسط، دمای سیال خروجی، افت فشار، ضریب اصطکاک، ضریب عملکرد هیدرولیکی حرارتی (PEC) و تولید آنتروپی برای شکلهای مختلف نانوذرات و کسر حجمی صفر تا 4% از نانوذرات در جریان آشفته با دبیهای جرمی 5/0 و 75/0 کیلوگرم بر ثانیه ارائه شده است. بر اساس نتایج بهدستآمده و با توجه به معیار ارزیابی علمکرد هیدرولیکی حرارتی، بهترین حالت در دبی جرمی 5/0 کیلوگرم بر ثانیه مربوط به نانوذرۀ آجری، در کسر حجمی 3% میباشد که مقدار آن 269/1 است؛ درحالیکه در دبی جرمی 75/0 کیلوگرم بر ثانیه بهترین حالت مربوط به نانوذرات آجری، در کسرحجمی 4% است و مقدار آن 182/1 میباشد. همچنین برای جریان با دبی جرمی 5/0 کیلوگرم بر ثانیه افزودن نانوذرۀ آجری و تیغهای به سیال پایه از نظر بهبود بازده اگزرژی اثری ندارد. این در حالی است که برای جریان با دبی جرمی 75/0 کیلوگرم بر ثانیه استفاده از کسر حجمی 1 تا 4% از نانوذرات آجری و تیغهای میتوانند سرعت تولید آنتروپی را بهاندازۀ 8% در مقایسه با سیال پایه کاهش دهند.
This investigation evaluates the first and the second laws of thermodynamics for a flat plate sheet and tube-based solar collector, located in Abu-Musa Island (in Persian Gulf) in Hormozgan province in Iran, where a suspension of molybdenum disulfide (MoS2) nanoparticles with different shapes in water is the working fluid. The main aim of this study is to analyze morphology effects of MoS2 nanoparticles on heat transfer and entropy generation. To fulfill this demand, the analysis of four different nanoparticle shapes (blades, platelets, bricks, and cylinders) is chosen. The results of Nusselt number, outlet fluid temperature, pressure drop, friction factor, performance evaluation criterion (PEC), and entropy generation are calculated and reported not only for different shapes of nanoparticles but also for nanoparticles volume fractions up to 4%, in turbulent flow with two different mass flow rates of 0.50 and 0.75 kg/s. According to the obtained results, the PEC of model with ϕ=3% and bricks nanoparticle shape in m=0.5 kg/s is found to be the best among all models, and its value is around 1.269. However, in case with m=0.75 kg/s this value for nanofluid with ϕ=4% and bricks nanoparticle shape is found to be the best among all models and is about 1.182. It was also found that for mass flow rate of 0.50 kg/s, adding bricks and blade shaped nanoparticles to base fluid is not advantageous from the second law viewpoint. Nevertheless, for mass flow rate of 0.75 kg/s it was seen that using volume fractions of 1% and 4% of bricks and blade can reduce the entropy generation rate in comparison with base fluid up to 8%.