Absorber diameter effect on the thermal performance of solar steam generator

• Published in: Journal of Engineering Vol. 22; no. 4; pp. 127 - 146
• Main Authors: Ammuri, Karimah Ismail, Adib, Rand Ahmad
• Format: Journal Article
• Language: Arabic; English
• Published: Baghdad, Iraq University of Baghdad, College of Engineering 01-04-2016; University of Baghdad
• Subjects: Steam Generator, Solar, Thermal Performance; الخواص الحرارية; الطاقة الشمسية; المراجل البخارية
• ISSN: 1726-4073; 2520-3339
• DOI: 10.31026/j.eng.2016.04.09

في هذا العمل تم تصنيع المركز الشمسي محليا باستخدام (10) عدسات محدبة، قطر الواحدة منها يساوي (10 سم)، و أنبوب من النحاس قطره (12.5 سم) و طوله (1 م) و سمكه (1 ملم) كمستلم للإشعاع الشمسي المركز بواسطة العدسات كما تم تتبع ثنائي المحور لتتبع الشمس يدويا بصورة مستمرة خلال فتره القياس. سجلت النتائج العملية في اليوم السابع عشر من شهر نيسان، في الظروف الجوية لمدينة بغداد. تم إدخال القيم العملية إلى الحاسبة بواسطة (CFD software) لحل المعادلات و إيجاد الإيداء الحراري لأقطار مختلفة للأنبوب المستلم تساو (25ملم، 18.75 ملم، 12.5 ملم) و حيث تم حساب كل من الكفاءة، و الطاقة الحقيقة المقيدة الكلية من خلال النتائج تبين أن الكفاءة العظمى للمركز الشمسي ذو نصف القطر الذي يساوي 12.5 ملم تساوي % 82.3 حيث كانت أعلى من الكفاءة للحالتين ذات القطر الذي يساوي 18.75 ملم و كذلك 25 ملم. سجلت أعلى درجة حرارة للماء بمقدار (105C°، C° 93.9،83.5 C°). و كان أعظم معدل لتدفق المائع يساوي 0.53 kg / hr عند إشعاع شمسي مقداره 899 W / m2. وجد إن أعلى معدل للكفاءة الكلية لليوم الواحد تساوي (% 52.8 and 61.4 %، 77.9 %) بتغيير القطر للمستلم للشعاع بمقدار (25ملم، 18.75 ملم، 12.5 ملم) على التوالي.
In this work, a convex lens concentrating solar collector is designed and manufactured locally by using 10 convex lenses (concentrator) of a diameter 10cm and one Copper absorber tube of a diameter 12.5mm and 1mm in thickness 1m length. Two axes manual Tracking system also constructed to track the sun continuously in two directions. The experiments are made on 17th of May 2015 in climatic conditions of Baghdad. The experimental data are fed to a computer program to solve the thermal performing equation, to find efficiency and actual useful energy. Then this data is used in numerical CFD software for three different absorber diameters (12.5 mm, 18.75 mm and 25 mm). From the results that obtained the maximum thermal efficiency for the collector of diameter 12.5mm equal to 82.3% is higher than that for the collector of 18.75 mm and 25 mm diameter. The maximum outlet temperature is found equal to (105ᵒC, 93.9ᵒC and 83.5ᵒC) for collector absorber diameter equal to (12.5 mm, 18.75mm and 25 mm) respectively. The maximum mass flow rate 0.53 kg/hr when the solar radiation intensity equal to 899 W/m2. The all-day collector efficiency varies with diameter and reaches to maximum value of (77.9%, 61.4% and 52.8) for collector diameter equal to (12.5 mm, 18.75mm and 25 mm) respectively.
Keywords: Steam Generator, Solar, Thermal Performance.