پروژه کلکتور های خورشیدی و کاربرد آنها در صنعت

اختصاصی از یارا فایل پروژه کلکتور های خورشیدی و کاربرد آنها در صنعت دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:170

پایان نامه کارشناسی
مهندسی مکانیک – حرارت و سیالات

فهرست مطالب:
چکیده    1
مقدمه    2
فصل اول    4
انرژی خورشید    4
(1-1)- مشخصات نور خورشید در بالای جو زمین    5
(1-2)- مقدار ثابت خورشید    5
(1-3)- طیف خورشید در بالای جو    6
(1-4)- شدت تابش خورشید در خارج جو    8
(1-5)- مقدار تابش بر روی سطحی به مساحت واحد    10
مشخصات امواج خورشید در سطح زمین    13
(1-2-1)- اثر جو زمین    14
(1-2-2)- اندازه گیری طیف خورشید    17
(1-2-3)- شکل خورشید    19
(1-2-4)- مدلهای ریاضی تعیین شدت تابش خورشید    21
(1-2-5)- زوایای هندسی خورشید نسبت به زمین    27
(1-2-6)- زمان    28
(1-2-7)- زاویه ساعت( ) :    28
(1-2-8)- زمان واقعی خورشید :    29
(1-2-9)- رابطه زمان :    31
(1-2-10)- تبدیل زمان :    35
زاویه انحراف( ) :    35
زاویه عرض جغرافیایی( )    38
(1-8)- زاویای فراز خورشید، قطبی یا سمت الراس و سمت خورشید :    39
(1-10)- زمانهای مهم روزانه و فصلی    53
فصل دوم    56
کلکتورها    56
انواع گردآورنده خورشیدی :    66
گردآورنده صفحه تخت :    66
گردآورنده بشقابی نوع 1:    67
گردآورنده بشقابی نوع 2 :    67
گردآورنده با آینه ثابت :    68
تکنولوژی کلکتور های خورشیدی    69
گردآورنده تخت خورشیدی :    76
عوامل مهم در بازدهی گردآورندههای تخت خورشیدی:    80
میزان جریان سیال :    81
انتقال حرارت به سیال :    82
انتقال حرارت از طریق هدایت :    83
توزیع دما در گردآورندههای تخت خورشیدی :    88
مبانی انتقال حرارت :    90
ضریب انتقال حرارت جابجایی به شرح زیر محاسبه میشود :    91
جابجایی آزاد از یک رویه تخت :    94
جابجایی آزاد بین دو رویه رویه موازی :    94
ضریب کل انتقال حرارت یک گرد آورنده :    97
اتلاف انرژی حرارتی از قسمت فوقانی گردآورنده :    98
اتلاف انرژی حرارتی از قسمت تحتانی گردآورنده :    109
موازنه حرارتی و ضرایب انتقال حرارت برای یک جذبکننده صفحه تخت با یک پوشش    114
ضرایب انتقال حرارت :    116
روش پیشنهادی، استفاده معادله افت حرارتی در حالت محیطی :    117
ضریب دریافت گرما و ضریب جریان گردآورنده :    126
ثابت زمانی گردآورنده ها :    130
تصحیح زاویه برخورد :    132
فصل سوم    136
کاربرد کلکتورها    136
تاریخچه آبگرمکن خورشیدی:    137
مقدمه ای بر آبگرمکن خورشیدی :    138
کلکتورهای تحت خلا شیشه ایی:    139
سیستم خورشیدی تهیه آبگرم بهداشتی با دو زیر سیستم    140
اجزاء آبگرمکن های خورشیدی :    142
مبدل حرارتی :    142
مخزن ذخیره آبگرم :    142
انواع آبگرمکن خورشیدی :    142
آبگرمکن با گردش طبیعی :    145
آبگرمکن خورشیدی یکپارچه :    145
نیروگاه خورشیدی 250 کیلووات شیراز    148
بهینه‌سازی کلکتور سیستم آبگرم خانگی خورشیدی با روش اکسرژی و مقایسه با تحلیل انرژی    156
مفهوم اکسرژی و راندمان اکسرژی کلکتور    159
تحلیل حرارتی    160
تحلیل اپتیکی    163
تحلیل اکسرژی    163
یافتن مقادیر بهینه پارامترهای موثر در راندمان اکسرژی    166
منابع    170

 
چکیده
در این فصل ابتدا مشخصات تابش خورشید در خارج از جو زمین، سپس مقدار آن با روش ریاضی در روی سطح زمین تشریح می¬گردد. آنگاه روشی که با کمک آن براحتی می¬توان مقدار انرژی رسیده به یک محل دلخواه را محاسبه نمود. ملاحظه خواهد شد در صو رتیکه اطلاعات هواشناسی موجود باشد، بهتر است از آن برای بهینه نمودن طراحی سیستم خورشیدی استفاده نمود.
برای آنکه طراح سیستم خورشیدی شدت تابش رسیده به دهانه ورودی کلکتور را پیش¬بینی نماید باید بداند که چه مقدار تابش خورشید به واحد سطح در آن نقطه می رسد و امتداد این تابش چگونه است. لذا ابتدا محل خورشید در آسمان باید مشخص شود سپس از ترکیب شدت تابش و امتداد کلکتور نسبت به خورشید، طراح مقدار انرژی رسیده به کلکتور را برآورد می¬نماید.

 
مقدمه
خورشید تنها منبع انرژی تجدید پذیر، در مرکز منظومه¬ی شمسی است. انرژی خورشید در 24 ساعت شبانه¬روز و در 365 روز سال به صورت امواج الکترومگنتیک به زمین می¬تابد.
درجه حرارت سطح خارجی خورشید حدود 6000 درجه کلوین است. قسمت کوچکی از انرژی خورشید به ما در زمین می رسد زیرا، اولا ً: این انرژی در تمام جهات منتشر شده و یک قسمت جزئی از آن بعد از طی فاصله بین زمین و خورشید به سطح خارج اتمسفر زمین می رسد. ثانیا ً: با گردش زمین حول محورش، هر وسیله برای دریافت انرژی خورشید در روی زمین صرفا ً در روز ( تقریبا ً نصف شبانه روز ) انرژی خورشید را دریافت می¬کند. ثالثاً: از امواج رسیده به خارج جو زمین، تا رسیدن آنها به سطح زمین حدود 30 % دیگر از آن تلف می¬شود. بعلاوه شرایط آب و هوا می تواند انرژی رسیده به زمین را بیش از درصد فوق باز هم کاهش دهد.
مقدار انرژی که به واحد سطح زمین در واحد زمان می¬رسد، بنام شدت تابش خورشید نامیده می¬شود. واحد اندازه¬گیری شدت تابش خورشید وات بر متر مربع (     ) است. شدت تابش مقداری لحظه¬ای است و با زمان می¬تواند تغییر نماید. ماکزیمم شدت  تابش برای تعیین شرایط پیک انرژی دریافتی سیستم بکار می¬رود. اگر مکانیزم ذخیره¬سازی در طراحی سیستم مورد نظر باشد، طراح می¬بایست از تغییرات شدت تابش خورشید نسبت به زمان آگاه باشد، تا بتواند طراحی سیستم را بهینه کند.
بعلاوه، طراح سیستم خورشبدی لازم است بداند چه مقدار انرژی خورشیدی در روز، ماه یا سال به سیستم خورشیدی رسیده است. جمع مقدار انرژی رسیده، مقدار تابش خواهد بود. مقدار تابش با واحد ژول بر متر مربع ( ) و یا بیشتر با واحد ( ) اندازه¬گیری می¬شود. همانطور که در بخش بعد شرح داده خواهد شد، مقدار تابش و یا مقدار تشعشع به طور ساده جمع انرژی امواج رسیده در طول یک زمان دلخواه است.
 


فصل اول
انرژی خورشید

(1-1)-     مشخصات نور خورشید در بالای جو زمین
منبع اصیل انرژی ما خورشید، در مقایسه با سایر ستارگان ستاره¬ای با اندازه، عمر و نوری متوسط است که در روی یکی از بازوهای کهکشان راه شیری قرار دارد. روشنایی این ستاره را نیز با توجه به دمای سطحی آن که معادل 6000 درجه کلوین است در مقایسه با گروهی از ستارگان با دمای 16000 درجه کلوین و گروهی دیگر با دمای 3000 درجه کلوین می¬توان به طور نسبی متوسط دانست.
حدس بر آنست که در خورشید گازهای هیدروژن و هلیم ترکیب شده و در آن پدیده ذوب اتمی انرژی¬ای با شدت    وات در بدنه خورشید آزاد می¬شود.
قسمت اعظم انرژی الکترومگنتیک رسیده به زمین از پوسته خارجی خورشید بنام فتوسفر است. قطر تقریبی خورشید    بوده و در فاصله    از زمین قرار دارد.
(1-2)-     مقدار ثابت خورشید
شدت تابش خورشید در سطح خارجی آن حدود   است. اما چون تابش منتشر شده و مقدار آن با نسبت مربع فاصله کاهش می¬یابد، بنابراین با توجه به فاصله زمین از خورشید (شکل1-1)، شدت تابش خورشید که مقدار انرژی رسیده به یک متر مربع از سطح عمود بر تابش خورشید در خارج جو زمین در واحد زمان است، معادل 1376 وات بر متر مربع تعیین می¬شود که آن را با     نشان می¬دهیم و مقدارش از طریق زیر محاسبه می¬شود :
 
شکل (1-1) : کاهش شدت تابش انرژی از سطح خورشید به سطح خارج از جو
 
در مدارک و کتابهای قدیمی ایرانی و خارجی مقدار ثابت خورشید 1353 وات بر متر مربع ذکر شده که می¬بایست به مقدار 1367 وات بر متر مربع اصلاح گردد. این مقدار نه تنها توسط محاسبه مشخص می-شود، بلکه به علت اندازه¬گیری¬های دقیق صورت گرفته در خارج از جو زمین نیز به اثبات رسیده است.
اندازه ظاهری زاویه¬ی قرص خورشید به کمک قطر فتوسفر و فاصله زمین تا خورشید قابل محاسبه است. در فاصله 1.000AU اندازه زاویه ای  قرص خورشید 9.3 میلی رادیان (0.553 درجه ) است. با تغییر فاصله زمین از خورشید در طول سال، اندازه ظاهری زاویه¬ی  خورشید به میزان 1.7 % تغییر می¬کند.
(1-3)-      طیف خورشید در بالای جو
45 درصد از امواج رسیده از خورشید به جو زمین از امواج قابل رؤیت¬اند که طول موج آنها در محدوده بین 0.3 تا 0.7 میکرون قرار دارند. کمی بیش از یک درصد  از انرژی خورشید در محدوده طول موج کوتاه ( شامل اشعه ایکس X و ماورای بنفش UV ) و 54 درصد بقیه انرژی در ناحیه¬ی مادون قرمز است. به طوریکه در بخش بعد شرح داده خواهد شد، طیف خورشید بعد از ورود به جو زمین تا رسیدن به سطح زمین دچار تغییر می¬شود.