ENERGY ANALYSIS AND ENTROPY PRODUCTION OF BINARY NANOFLUID FLOWING IN ELLIPTICAL DIMPLED TUBE MOUNTED IN PARABOLIC SOLAR COLLECTOR

Abstract

ABSTRACT

In this study, a three-dimensional analysis of the PTC receiver tube containing elliptical dimples, with different ratios (0.66-1.66) has been performed. The flow type has been considered turbulent, and the Reynolds number is chosen between 10000 to 30000. The inlet temperature has been considered to be constant at 500 K, and C++ code has also been developed to perform a non-uniform heat flux on the outside of the receiver tube to approximate real life standards. The types of mono and hybrid nanofluids and their combinations with different NPVF are 2%TiO2/Syltherm800, 2%Al2O3/Syltherm800, 1.0%TiO2-1.0%Al2O3/Syltherm800 ,1.5%TiO2-0.5%Al2O3/Syltherm800, and 0.5%TiO2-1.5%Al2O3/Syltherm800. The study provides a detailed analysis of the energy performance, entropy generation, coefficient of friction (ff), Nusselt number (Nu) and thermal efficiency of PTC. Contours of the velocity and temperature distribution inside the receiver tube for PTC are also given. The results of the study show that hybrid nanofluid 1.5% Al2O3-0.5% TiO2/Syltherm 800 is chosen as the best heat transfer fluid. It was also defined that PEC increases by 27% when ER= 5/3 elliptical ratio receiver tube is used. With increasing Re from 10000 to 30000 reduces the entropy generation rate by 52%. The lowest entropy generation rate has been obtained for the case of using 0.5%TiO2-1.5%Al2O3/Syltherm800 hybrid nanofluid flowing inside the receiver tube containing dimples with elliptical ratio of ER=5/3 by 1.25% when compare it with smooth receiver at Re =30000.

ÖZET

Bu çalışmada, eliptik çukurlu kanatçıklar içeren PTC alıcı tüpünün farklı oranlarda (0.66-1.66) üç boyutlu analizi yapılmıştır. Akış tipi türbülanslı olarak kabul edilmiş ve Reynolds sayısı 10000 ile 30000 arasında seçilmiştir. Giriş sıcaklığının 500 K'de sabit olduğu kabul edilmiştir. Ayrıca, gerçek şartların sağlanabilmesi için C++ kodu kullanarak alıcı tüp yüzeyine düzgün olmayan bir ısı akısı geliştirilmiştir. Mono ve hibrit nanoakışkan türleri ve bunların farklı NPVF ile kombinasyonları 2%TiO2/Syltherm800, 2%Al2O3/Syltherm800, 1.0%TiO2-1.0%Al2O3/Syltherm800 ,1.5%TiO2-0.5%Al2O3/Syltherm800, and 0.5%TiO2-1.5%Al2O3/Syltherm800 şeklindedir. Çalışma kapsamında, PTC'nin enerji performansı, entropi üretimi, sürtünme katsayısı (ff), Nusselt sayısı (Nu) ve termal verimliliği hakkında ayrıntılı bir analiz yapılmıştır. PTC için alıcı tüp içindeki hız ve sıcaklık dağılımları da sunulmuştur. Çalışmanın sonuçları, hibrit nanoakışkan %1,5Al2O3-%0,5 TiO2/Syltherm800'ün en iyi ısı transfer akışkanı olduğunu göstermiştir. Ayrıca ER=5/3 eliptik oranlı alıcı tüp kullanıldığında PEC değerinin %27 oranında arttığı saptanmıştır. Ayrıca, Reynolds sayısının 10000'den 30000'e yükselmesi ile entropi üretim oranının %52 azaldığı görülmüştür. En düşük entropi üretim oranı, pürüzsüz alıcı ile karşılaştırıldığında, ER=5/3 eliptik oranlı gamzeler içeren alıcı tüp içerisinde %1,25 oranında akan 0.5%TiO2-1.5%Al2O3/Syltherm800 hibrit nanoakışkan kullanılması durumunda Re=30000 için elde edilmiştir.