This paper showed the study on the heat transfer into space by the aspect ratio of solar concentration absorber, and the purpose of this study was to obtain the optimum aspect ratio and tilt angle. The boundary conditions of a numerical model are assumed as follows : (1) The heat source is located at the center of absorber. (2) The bottom wall is opened and adiabatic. (3) The top, right and left walls are cooled wall. The parameters for the study are the tilt angles and the aspect ratio. The velocity vectors and isotherms were dense at wall side and the heat source. The mean Nusselt number had a maximum value at Ar=1:1 and ${\theta}=0^{\circ}$ and showed a low value as the tilt angles were increased.
In the present study, the characteristics of conductive and convective heat transfer occurred in a circular absorber of PTC (parabolic trough concentrator) for medium temperature solar energy utility were numerically investigated. A circular tube was considered as an absorber and the shape of PTC modeled in this study was based on the system that was installed in Korea Institute of Energy Research. Not only convection inside the tube but also conduction through the wall of the tube were analyzed, simultaneously. Circumferentially non-uniform heat flux that was simulated from the non-uniform solar disc model proposed by Jose was applied as thermal boundary condition on the tube surface. And, hydrodynamically fully developed laminar velocity profile was used as the inlet boundary condition and it was assumed that the working fluid was water. And, local heat fluxes at the interface of the tube and the working fluid were calculated for different wall thickness and thermal conductivity of the tube at various Reynolds number. Based on the results, the effects of thermal conduction of the tube on the local heat transfer were investigated.
It is essential to reduce the amount of fossil fuel because facing with the natural problem such as a global warming. To achieve this goal, many of interests in the use of renewable energy is growing. Especially, as one of these renewable energy systems, a solar air heater invention has been conducted for enhancing the efficiency of solar air heater. According to this trend, scale-down sized experiment apparatus was constructed and performed for searching a proper fin and confirming the heat transfer performance by fin shape on constant heat condition to enhance efficiency of solar air heater. In this experiment, heat gain, convection heat transfer coefficient, number of transfer units, Nusselt number, Reynold's number, friction factor, performance factor were investigated in order to evaluate the thermal characteristics based on the real data obtained. By comparison with the each fin performance, a zigzag shape keeping a right angle to the plate had the highest value among them.
Park, Tae-Kook;Bae, Seung-Hoon;Kim, Sang-Kyo;Kim, Seon-Min;Kim, Dae-Hwan;Eom, Hak-Yong;Lee, Keun-Hui
New & Renewable Energy
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v.16
no.4
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pp.49-64
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2020
Photovoltaic and Thermal collector (PV/T) systems are renewable energy devices that can produce electricity and heat energy simultaneously using solar panels and heat exchangers. Since PV/T systems are exposed to the outdoors, their reliability is affected by various environmental factors. This paper presents a reliability test for a PV/T system and evaluates the test results. The reliability assessment entails performance, environment, safety, and life tests. The factor that had the greatest influence on the life of the system was the hydraulic pressure applied to the heat exchanger. A test was conducted by repeatedly applying pressure to the PV/T system, and a reliability analysis was conducted based on the test results. As a result, the shape parameter (β) value of 5.6658 and the B10life 308,577 cycles at the lower 95% confidence interval were obtained.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.1
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pp.49-56
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2014
In this study, the generation efficiency of the limited area of a concentrator solar cell was increased by using a solar concentrator and a tracking device. Heat generated by the solar cell was collected using a thermal absorber for supplying hot water or heating. Thus, the concentrator solar cell system provided electricity and heat simultaneously. Tracking of the sun by detecting the sun's position, repositioning of heating device towards the east after sunset, and shutting down of system after sunset were successfully implemented using an illuminance sensor (CdS) and Simulink, a commercial software package. We performed parametric analysis of the velocity, fin installation, and entrance location with respect to the operating temperature of the concentrator solar cell. A heat transfer simulation model was developed for comparing the actual temperature profiles of the concentrator solar cell and thermal absorber, and good agreement was found between the results of the simulations and the experiments.
In the case of cubesat, a PCB-based deployable solar panel advantageous in terms of weight reduction and electrical circuit design is widely used considering the limited weight and volume of satellites. However, because of the low thermal conductivity of PCB, there is a limit relative to heat dissipation. In this paper, the thermal gap pad is applied to the contact between the PCB-based solar panel and the aluminum stiffener mounted on the outside of the panel. Thus, the heat transfer from the solar cell to the rear side of the panel is facilitated. It maximizes the heat dissipation performance while maintaining the merits of PCB panel, and thus, it is possible to improve the power generation efficiency from reducing the temperature of the solar cell. The effectiveness of the thermal design of the 6U cubesat's deployable solar panel using the thermal gap pad has been verified through on-orbit thermal analysis based on the results, compared with the conventional PCB-based solar panel.
The performance of water-to-water heat pump system coupled with the ground source vertical heat exchanger is presented in this paper. The CAP program of Florida Heat Pump Co. is used to predict the heat pump performances while the EED program calculates the borehole fluid temperature. It is shown that COPH increases with decreasing the temperature of output water for the operation of heating mode and COPR increases with increasing temperature of output water for the operation of cooling mode. The value of specific heat extraction rate must be moderate to insure the reasonable installation cost of borehole system. With $1^{\circ}C$decrease of $T_{wo}$ the average COPH increase is estimated as about $0.06/^{\circ}C$(for $T_{wo}\;=\;45{\sim}60^{\circ}C$ range) while with $1^{\circ}C$ increase of $T_{wo}$ the estimation of COPR increase is about $0.13/^{\circ}C$(for $T_{wo}\;= \;5{\sim}11^{\circ}C$ range) at the specific heat extraction rate of 30W/m.
Critical heat flux refers to the sudden decrease in boiling heat transfer coefficient between a heated surface and fluid, which occurs when the phase of the fluid near the heated surface changes from liquid to vapor. For this reason, critical heat flux is an important factor for determining the maximum limit and safety of a boiling heat transfer. Recently, it is reported that the nanofluid is used as a working fluid for the critical heat flux enhancement. However, it could be occurred nano-flouling phenomena on the heat transfer surface due to nanoparticles deposition, when the nanofluid is applied in a heat transfer system. In this study, we experimentally carried out the effects of the nano-fouling phenomena in oxidized multi-wall carbon nanotube and oxidized graphene nanofluid systems. It was found that the boiling heat flux decreased by hourly 0.04 and $0.03kW/m^2$, also the boiling heat transfer coefficient decreased by hourly 11.56 and $10.72W/m^2{\cdot}K$, respectively, in the thermal fluid system using oxidized multi-wall carbon nanotube or oxidized graphene nanofluid.
It is desirable to collect the solar thermal energy at relatively high temperature in order to minimize the size of thermal storage system and to enlarge the scope of solar thermal energy utilization. So far the concentrating solar collector has been developed to collect solar thermal energy at relatively high temperature, but it has some difficulties in maintaining the volumetric body of solar collector for long term utilization. On the other hand, the flat-plate solar collector has been developed to collect the solar thermal energy at low temperature, and it has advantages in maintaining the system for long term utilization, since it's thickness is thin and not volumetric. In this study, to develop a solar collector that has both advantages of collecting solar thermal energy at high temperature and fixing conveniently the collector system for long term period, a cylindrical parabolic concentrating solar collector was designed, which has two rows of parabolic reflectors and thin thickness such as the flat-plate solar collector, maintaining the optical form of concentrating solar collector. The characteristics of the concentrating parabolic solar collector newly designed was analysed and the results are summarized as follows; 1. The temperature of the air enclosed in solar collector was all the same as $50^{\circ}C$ in both cases of the open and closed loop, and when the heat transfer fluid was not circulated in tubular absorber, the maximum surface temperature of the absorber was $118-120^{\circ}C$, this results suggested that the heat transfer fluid could be heated up to $118^{\circ}C$. 2. In case of longitudinal installation of the solar collector, the temperature difference of heat transfer fluid between inlet and outlet was $4^{\circ}-6^{\circ}C$ at the flow rate of $110-130{\ell}/hr$, and the collected solar energy per unit area of collector was $300-465W/m^2$. 3. The collected solar energy per unit area for 7 hours was 1960 Kcal/$m^2$ for the open loop and 220 Kcal/$m^2$ for the closed loop. Therefore it is necessary to combine the open and closed loop of solar collectors to improve the thermal efficiency of solar collector. 4. The thermal efficiency of the solar collector (C.P.C.S.C.) was proportional to the density of solar radiation, indicating the maximum thermal efficiency ${\eta}_{max}=58%$ with longitudinal installation and ${\eta}_{max}=45%$ with lateral installation. 5. The thermal efficiency of the solar collector (C.P.C.S.C.) was increased in accordance with the increase of flow rate of heat transfer fluid, presenting the flow rate of $110{\ell}/hr$ was the value of turning point of the increasing rate of the collector efficiency, therefore the flow rate of $110{\ell}/hr$ was considered as optimum value for the test of the solar collector (C.P.C.S.C.) performance when the heat transfer fluid is a liquid. 6. In both cases of longitudinal and lateral installation of the solar collector (C.P.C.S.C.), the thermal efficiency was decreased linearly with an increase in the value of the term ($T_m-T_a$)/Ic and the increasing rate of the thermal efficiency was not effected by the installation method of solar collector.
To develope chemical heat pump using available energy sources, solar heat and other kinds of waste thermal energy, we have studied the material and heat transfer rate in the cylindrical bed reactor packed with Calcined Dolomite. Our results from the studies are as follows ; 1 The time needed to complete dehydration reaction at the wall side of the cylindrical reactor(r/rL=0.5) was shorter than that of the center(r/rL=0.0) as much as 12%. 2. Two dimensional (radial and circumferential) partial differential equations, concerning heat and mass transfer rate in the packed bed of calcined Dolomite, are solved numerically to describe the characteristics of the reaction in the cylindrical reactor. The solution reads rate of reaction in the packed bed reactor depends on the temperature and concentration of reactants. These results read the supplied heat transfers from the wall side of the cylinder to the center, dehydration reaction begins at the inner side of the wall of the cylindrical reactor and the dehydration reaction proceeds from the wall side to center of cylinder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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