مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی اثر مواد ذخیره‌کننده تغییر فاز دهنده و جریان جابجایی بر عملکرد یک نمونه خشک‌کن خورشیدی با کلکتور لوله گرمایی تحت خلأ

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
پژوهشکده انرژی، پژوهشگاه علوم، تکنولوژی پیشرفته وعلوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران
چکیده
یکی از کاربردهای مهم و گسترده انرژی خورشیدی استفاده در خشک‌کن‌های خورشیدی برای محصولات کشاورزی برای نگه‌داری طولانی مدت آنها است. این خشک‌کن‌ها با عبور جریان طبیعی یا اجباری همرفت هوای‌گرم بین محصولات عمل می‌کنند و وابستگی مستقیمی به شدت تابش دریافتی خورشید توسط کلکتور دارند که این مساله باعث ایجاد اختلال در فرآیند خشک‌کردن در صورت عدم وجود منبع انرژی حرارتی در ساعاتی که خورشید در دسترس نیست می‌شود. به‌منظور حل این مشکل از مواد تغییر فاز دهنده (PMC) برای ذخیره انرژی حرارتی استفاده می‌شود. موادی که ظرفیت جذب انرژی گرمایی (مرحله شارژ) را داشته باشند و در صورت نیاز زمان‌هایی که شدت تابش خورشید کم بوده یا در طول شب انرژی جذب‌شده را آزاد کنند (مرحله دشارژ) و موجب تامین انرژی گرمایی لازم در ساعاتی که خورشید در دسترس نیست شده و افزایش مدت زمان استفاده از خشک‌کن بشوند. در این پژوهش با طراحی و ساخت خشک‌کن سینی‌دار خورشیدی غیرمستقیم مجهز به کلکتور لوله خلأ (هیت‌پایپ) و با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده (PMC) برای ذخیره انرژی حرارتی، بررسی‌های آزمایشگاهی صورت گرفته است. اثر پارامترهای دماهای ورودی و خروجی کلکتور، محفظه خشک‌کن و محیط، رطوبت داخل محفظه خشک‌کن و رطوبت محیط، شدت تابش خورشیدی بر فرآیند خشک‌کردن برای دوحالت، با استفاده از مواد PMC و بدون استفاده از PMC و در سرعت‌های مختلف جریان جابجایی اجباری بررسی و مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهند که اثر جریان جابجایی بر سرعت بخشیدن به فرآیند خشک‌کردن بیش از اثر استفاده از مواد ذخیره‌کننده بوده است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Effect of Forced Convection and PCM Materials on an Indirect Solar Dryer Equipped with Evacuated Heat Pipe Collector

نویسندگان English

M. Iranmanesh
M.S. Barghi Jahromi
Energy Department, Institute of Science and High Technology and Environmental Sciences, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
چکیده English

One of the most important applications of solar energy is its utilization in solar dryers to maintain agricultural products for long-term storage. These dryers work based on passing warm air through fresh materials by natural or forced convection. So, they have a direct dependence on the intensity of the sun's irradiance to their collector, which it disrupts the drying process in the absence of a thermal energy source in the hours when the sun is not available. In order to solve this problem, the phase change material (PCM) as thermal energy storage is used. The materials that have the capacity to absorb the thermal energy (charge phase) and, they release the absorbed energy (discharge phase) when the intensity of the solar radiation is low or during the night and cause the uniformity of the outlet temperature solar collector, and inside the drying chamber. As well as they provide the necessary thermal energy for hours when the sun is not available and increase the duration of use of the dryer. In the present research, the experimental studies have been carried out through designing and construction of an indirect cabin type solar dryer equipped with a heat pipe evacuated tube collector and using PCM material as energy storage in the expansion tank. In the present research, the experimental studies have been carried out through designing and construction of an indirect cabin type solar dryer equipped with a heat pipe evacuated tube collector and use of PCM material as energy storage in the expansion tank. The effect of various parameters such as inlet and outlet temperatures of the collector, temperature, and humidity of the drying chamber and ambient, the intensity of the solar irradiance on the drying process is investigated, with and without PCM and at two different speed of forced convection through the drying chamber. The results show that the effectiveness of forced convection on the drying process is more than the effect of PCM.

کلیدواژه‌ها English

Solar dryer
vacuum tube collector (heat pipe)
Phase change material
1- Mokhtarian M, Tavakolipour H, Kalbasi Ashtari A. Effects of solar drying along with air recycling system on physicochemical and sensory properties of dehydrated pistachio nuts. LWT. 2017;75:202-209. [Link] [DOI:10.1016/j.lwt.2016.08.056]
Musembi MN, Kiptoo KS, Yuichi N. Design and analysis of solar dryer for mid-latitude region. Energy Procedia. 2016;100:98-110. [Link] [DOI:10.1016/j.egypro.2016.10.145]
Nabnean S, Janjai S, Thepa S, Sudaprasert K, Songprakorp R, Bala BK. Experimental performance of a new design of solar dryer for drying osmotically dehydrated cherry tomatoes. Renewable Energy. 2016;94:147-156. [Link] [DOI:10.1016/j.renene.2016.03.013]
Aktaş M, Şevik S, Amini A, Khanlari A. Analysis of drying of melon in a solar-heat recovery assisted infrared dryer. Solar Energy. 2016;137:500-515. [Link] [DOI:10.1016/j.solener.2016.08.036]
Mondal S. Phase change materials for smart textiles-An overview. Applied Thermal Engineering. 2008;28(11-12):1536-1550. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2007.08.009]
Demirbas MF. Thermal energy storage and phase change materials: An overview. Energy Sources, Part B: Economics, Planning, and Policy. 2006;1(1):85-95. [Link] [DOI:10.1080/009083190881481]
Shalaby SM, Bek MA. Drying nerium oleander in an indirect solar dryer using phase change material as an energy storage medium. Journal of Clean Energy Technologies. 2015;3(3):176-180. [Link] [DOI:10.7763/JOCET.2015.V3.191]
Bal LM, Satya S, Naik SN. Solar dryer with thermal energy storage systems for drying agricultural food products: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010;14(8):2298-2314. [Link] [DOI:10.1016/j.rser.2010.04.014]
Baniasadi E, Ranjbar S, Boostanipour O. Experimental investigation of the performance of a mixed-mode solar dryer with thermal energy storage. Renewable Energy. 2017;112:143-150. [Link] [DOI:10.1016/j.renene.2017.05.043]
Bhardwaj AK, Chauhan R, Kumar R, Sethi M, Rana A. Experimental investigation of an indirect solar dryer integrated with phase change material for drying valeriana jatamansi (medicinal herb). Case Studies in Thermal Engineering. 2017;10:302-314. [Link] [DOI:10.1016/j.csite.2017.07.009]
Fudholi A, Sopian K, Ruslan MH, Alghoul MA, Sulaiman MY. Review of solar dryers for agricultural and marine products. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010;14(1):1-30. [Link] [DOI:10.1016/j.rser.2009.07.032]
Parmar RB, Bhojak K. Performance of an evacuated tube collector with heat pipe technology. International Journal of Engineering Research and General Science. 2016;4(3):71-89. [Link]
Ziotis N, Papadas CT. Supply of money and food prices: The case of Greece. Agricultural Economics Review. 2011;12(1):36-44. [Link]
Khavaran Paraffin. About Palayesh Paraffin Khavaran [Internet]. Tehran: Khavaran Paraffin; 2019 [Unknown cited]. Available from: https://www.khavaranparaffin.com/about-us.html [Link]