INVESTIGATION OF THE EFFECTS OF PULSATING FLOW ON THE THERMAL PERFORMANCE OF A SOLAR AIR HEATER USING NUMERICAL METHODS

Abstract

ABSTRACT

Solar energy has become a reliable source in meeting energy needs, as it can be used in various applications depending on the radiation intensity. One of these applications is the solar air heater model for a single-pass solar air collector using a pulsed flow, which is also the subject of this study. In this study, numerical computational calculation methods were used to learn more about the thermal properties of the SAC. Besides the pulse frequency, different values of the pulse amplitude were modeled, and the dimensions of the collector were determined as follows (2x1x0.04 m) and the study was carried out according to the Iraqi climate. Numerical analysis was performed using the finite volume approach (SIMPLE) algorithm (FORTRAN90, CFD programming, Tecplot 9.0) using the turbulence model of the continuity equations (K-𝓔) for the two-dimensional system, Navier-stokes, and energy. Three values of the pulse amplitude Amp (0.25, 0.5 and 0.75) and four pulse frequency St values (0.2, 0.4, 0.6 and 0.8) were applied. The results proved that the increase of the frequency values has a positive effect on the solar collector, but at low values of the pulse amplitude, four values of the Reynolds number were taken (7.5x10^3, 10x10^3, 12.5 x 10^3, and 15 x 10^3). As a result, it was observed that the performance of the collector improved significantly when the Re value increased. In addition, since the Wave is sinusoidal, it would be better to improve the positive field of the wave, because it was observed that the increase in Re values and St values increased the area at the positive peak of the wave, thus achieving the desired result.

ÖZET

Güneş enerjisi, radyasyon şiddetine bağlı olarak çeşitli uygulamalardan yararlanılabildiğinden, enerji ihtiyacını karşılamada güvenilir bir kaynak haline gelmiştir. Bu uygulamalardan biri, bu çalışmanın da konusu olan darbeli bir akış kullanan tek geçişli güneş hava kolektörü için güneş enerjili hava ısıtıcısı modelidir. Bu çalışmada güneş kollektörünün termal davranışını belirlemek için sayısal hesaplama hesaplama yöntemleri kullanıldı. Darbe frekansının yanı sıra darbe genliğinin farklı değerleri modellenerek kollektörün boyutları aşağıdaki gibi (2x1x0.04 m) belirlenmiş ve Irak iklimine göre inceleme yapılmıştır. Sayısal analiz, sonlu hacim yaklaşımı (SIMPLE) algoritması kullanılarak (FORTRAN90, CFD programlama, Tecplot 9.0) iki boyutlu sistem, Navier-stokes ve enerji için süreklilik denklemlerini (K- 𝓔) türbülans modeli kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Darbe genliğinin üç değeri Amp (0,25, 0,5 ve 0,75) ve dört darbe frekansı St değeri (0,2, 0,4, 0,6 ve 0,8) uygulanmıştır. Sonuçlar, frekans değerlerinin artmasının güneş kollektörü üzerinde olumlu bir etkiye sahip olduğunu kanıtladı, ancak darbe genliğinin düşük değerlerinde, akış türbülanslı olduğundan, Reynolds sayısının dört değeri alındı (7.5x10^3 ,10x10^3, 12,5 x 10^3 ve 15 x 10^3). Souç olarak, Re değeri yükseldiğinde, kollektörün performansı önemli ölçüde iyileştiği gözlemlenmeiştir. BUna ek olarak, Dalga sinüzoidal olduğundan, dalganın pozitif alanını iyileştirmek daha iyi olacaktır, çünkü Re değerleri ile St değerlerindeki artışın dalganın pozitif zirvesindeki alanı arttırdığı fark gözlemlenmiştir ve böylece hedeflenen sonuç elde edilmiştir.