Θερμική και υδραυλική ανάλυση παραβολικού ηλιακού συλλέκτη με πτερύγια εντός της ροής - Τσιμπούκης, Δημήτριος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας, 2017)
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η μελέτη παραβολικών συλλεκτών με επιμήκη ορθογωνικά πτερύγια στο εσωτερικό του απορροφητήρα τους, με σκοπό τη βελτίωση της θερμικής τους απόδοσης. Η μελέτη αυτή περιλαμβάνει σχεδιασμό και προσομοίωση της λειτουργίας των συλλεκτών με και χωρίς πτερύγια στο εσωτερικό του απορροφητήρα τους στο λογισμικό SolidWorks Flow Simulation. Το εργαζόμενο μέσο που χρησιμοποιείται, είναι το θερμικό έλαιο Syltherm 800. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας, γίνεται εκτενής αναφορά στην ενεργειακή κατάσταση που επικρατεί στον πλανήτη, ενώ στη συνέχεια περιγράφονται οι ανανεώσιμες πηγές που χρησιμοποιούνται σήμερα, με μεγαλύτερη έμφαση να δίνεται στην ηλιακή ενέργεια. Στο δεύτερο κεφάλαιο δίνονται τα βασικά χαρακτηριστικά του ήλιου και της ηλιακής ακτινοβολίας και παρουσιάζονται οι ηλιακοί συλλέκτες που χρησιμοποιούνται, ενώ στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται λεπτομερής περιγραφή της λειτουργίας των παραβολικών συλλεκτών με κάτοπτρο (Parabolic Trough Collector - PTC) και των εφαρμογών στις οποίες οι ίδιοι χρησιμοποιούνται. Επίσης, παρουσιάζονται μελέτες με τα αποτελέσματα τους, οι οποίες έχουν επικεντρωθεί στη βελτίωση της θερμικής απόδοσης των PTC. Σημαντικότεροι τρόποι για τη βελτίωση της θερμικής απόδοσης των συλλεκτών είναι η προσθήκη νανοϋλικών στο εργαζόμενο μέσο, καθώς και παρεμβάσεις στη γεωμετρία του απορροφητήρα. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται λεπτομερής περιγραφή του τρόπου σχεδιασμού και προσομοίωσης του συλλέκτη με και χωρίς πτερύγια εντός του απορροφητήρα στο λογισμικό SolidWorks Flow Simulation. Συγκεκριμένα, σχεδιάστηκαν δεκατρείς διαφορετικές περιπτώσεις συλλεκτών, από τους οποίους ο ένας περιλαμβάνει λείο απορροφητήρα, ενώ οι υπόλοιποι δώδεκα αποτελούνται από απορροφητήρες με πτερύγια διαφορετικών γεωμετριών στο εσωτερικό τους. Το μήκος των πτερυγίων που σχεδιάστηκαν κυμαίνεται από 5 mm έως 20 mm με βήμα 5 mm, ενώ το πάχος εξετάζεται για τις τιμές 2 mm, 4 mm και 6 mm. Στη συνέχεια παρουσιάζονται και εξηγούνται οι βασικές σχέσεις που χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση του συλλέκτη, καθώς επίσης πραγματοποιείται έλεγχος εγκυρότητας των αποτελεσμάτων (Validation) που δίνει το πρόγραμμα με βάση πραγματικά δεδομένα. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται αναλυτικά όλα τα αποτελέσματα με μορφή διαγραμμάτων και στη συνέχεια σχολιάζονται. Με βάση ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο κριτήριο για την αξιολόγηση της θερμικής βελτίωσης ενός συλλέκτη συγκριτικά με την αύξηση του συντελεστή τριβής (Performance Evaluation Criteria – PEC), η βέλτιστη περίπτωση για θερμοκρασία εισόδου του εργαζόμενου μέσου 600 Κ και παροχή όγκου 150 L/min, είναι αυτή των πτερυγίων με μήκος 20 mm και πάχος 4 mm. Στην περίπτωση αυτή ο θερμικός βαθμός απόδοσης ισούται με 69.11%, ενώ ο λείος απορροφητήρας παρουσιάζει θερμικό βαθμό απόδοσης 68.24%. Επίσης, ο λόγος του αριθμού Nusselt της περίπτωσης αυτής σε σχέση με τον λείο απορροφητήρα είναι 2.647, ενώ ο λόγος του συντελεστή τριβής ισούται με 5.681. Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο, περιλαμβάνονται τα συμπεράσματα της μελέτης.