تحلیل اکسرژی اجاق استوانه­ ای سهموی خورشیدی

Solar Energy 79 (2005) 221–233

Exergy analysis of the solar cylindrical-parabolic cooker

Abstract

For the first time the simple solar parabolic cooker (SPC), of the cylindrical trough shape, is analysed from the exergy viewpoint. The paper presents the methodology of detailed exergy analysis of the SPC, the distribution of the exergy losses, and, on the example of the cooker surfaces, explains the general problem of how the exergy loss on any radiating surface, should be determined, if the surface absorbs many radiation fluxes of different temperatures.

An imagined surface was used in the considerations to close the system of the cooker surfaces. It was shown that optimization is needed, to increase the energy and exergy efficiencies of the cooker.

Equations for heat transfer between the three surfaces: cooking pot, reflector and imagined surface making up the system, were derived. The model allowed for theoretical estimation of the energy and exergy losses: unabsorbed insolation, convective and radiative heat transfer to the ambient, and additionally, for the exergy losses: the radiative irreversibilities on the surfaces, and the irreversibility of the useful heat transferred to the water.

The exergy efficiency of the SPC, was found to be relatively very low (_1%), and to be about 10 times smaller than the respective energy efficiency which is in agreement with experimental data from the literature. The influence of the input parameters (geometrical configuration, emissivities of the surfaces, heat transfer coefficients and temperatures of water and ambience) was determined on the output parameters, the distribution of the energy and exergy losses and the respective efficiencies.

تحلیل اکسرژی اجاق استوانه­ ای سهموی خورشیدی

چکیده

در این مقاله، برای اولین بار اجاق ساده از نوع سهموی خورشیدی(SPC)  و به شکل تشتک استوانه­ای از دیدگاه اکسرژی تجزیه و تحلیل می­شود. این مقاله یک روش تجزیه و تحلیل اکسرژی دقیقی از SPC ، توزیع تلفات اکسرژی، و مثالی از سطوح اجاق ارائه داده و مساله چگونگی تعیین تلفات اکسرژی در هر سطح تابشی (تشعشعی) را اگر سطح بسیاری از شارهای تابشی با دماهای مختلف را جذب کند توضیح می­دهد. یک سطح فرضی برای ملاحظات در نظر گرفته شد که به سیستم سطوح اجاق مورد استفاده نزذیک است. نشان داده شده است که بهینه­سازی برای افزایش بازده انرژی و اکسرژی اجاق لازم است. معادلات انتقال حرارت بین سه سطح یعنی دیگ پخت و پز، بازتابنده و سطح فرضی که سیستم را تشکیل می دهند استخراج شد. با این مدل می­توان تخمین نظری تلفات انرژی و اکسرژی: تابش جذب نشده، حرارت همرفتی و تابشی به محیط، و علاوه بر این، برای تلفات اکسرژی، تابش برگشت ناپذیر بر روی سطوح، و برگشت ناپذیری حرارت مفید که به آب انتقال می­یابد را بدست آورد. راندمان اکسرژی SPC، بسیار کم (1%) و در حدود 10 برابر کمتر از راندمان انرژی مربوطه است که در توافق با داده­های تجربی ارائه شده در منابع است. تاثیر پارامترهای ورودی (ساختار هندسی، پراکندگی سطوح، ضرایب انتقال حرارت و درجه حرارت آب و محیط) بر روی پارامترهای خروجی، توزیع تلفات انرژی و اکسرژی و بازده های مربوطه مشخص شد.