جلسه دفاعیه دکتری آقا محمد زابلی دانشجوی دکتری رشته مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی تحت عنوان " بررسی عددی، تجربی و بهینه سازی سیستم هیبریدی کلکتور خورشیدی صفحه تخت و مشعل گاز طبیعی با استفاده از نانوسیال و تولیدکننده گردابه" در روز  یک شنبه مورخ 1404/07/27 ساعت 17در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه سمنان برگزار گردید.

این رساله تحت راهنمایی آقای دکتر سیف اله سعدالدین و همچنین مشاوره آقایان دکتر نادر کریمی و دکتر سید سهیل موسوی اجارستاقی انجام شده است و توسط داوران محترم آقای دکتر علی اکبر عباسیان آرانی و آقایان دکتر محمد صادق ولی پور و دکتر سامان رشیدی مورد ارزیابی قرار گرفته است. 

چکیده :

این رساله با هدف ارتقای کارایی کلکتور خورشیدی صفحه‌تخت و رفع ناپایداری عملکرد آن در شرایط تابش متغیر، رویکردی یکپارچه شامل شبیه‌سازی عددی سه‌بعدی، آزمون‌های تجربی استاندارد و مدل‌سازی داده‌محور را به‌کار می‌گیرد. در گام نخست، رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی کلکتور در حضور نانوسیالات مدل‌سازی شده و اثر خواص ترموفیزیکی (رسانندگی، گرمای ویژه، لزجت و چگالی) و عدد رینولدز بر دمای خروجی، عدد ناسلت، ضریب اصطکاک، تولید آنتروپی و بازده اگزرژی تحلیل می‌شود. در ادامه، گونه‌های مختلف تولیدکننده گردابه با هندسه‌های متنوع (تغییر تعداد، قطر و طول پره و زاویه چرخش) طراحی، شبیه‌سازی و ارزیابی شده‌اند تا سازوکاری کم‌هزینه و غیرفعال برای تقویت اختلاط مرزی و افزایش انتقال حرارت با کنترل افت فشار فراهم شود. نتایج نشان داد که تغییر هندسه تولیدکننده‌های گردابه و به‌ویژه افزایش تعداد پره‌ها و تنظیم زاویه چرخش، باعث افزایش انتقال حرارت و کاهش افت فشار به‌طور هم‌زمان می‌شود. همچنین، این تغییرات در هندسه موجب بهبود عملکرد کلکتور خورشیدی و افزایش بازده حرارتی تا حدود ۱۸٪ در مقایسه با طرح‌های استاندارد گردیده است. اعتبارسنجی مدل‌ها با داده‌های آزمایشگاهی انجام و سپس با اتکا به مجموعه‌داده حاصل، مدل‌های یادگیری ماشین (از جمله تحلیل حساسیت و رگرسیون نمادین) برای پیش‌بینی شاخص‌های کلیدی و آشکارسازی وابستگی‌های غیرخطی توسعه یافته‌اند. بر مبنای این مدل‌ها، بهینه‌سازی چندهدفه (کارایی حرارتی/اگزرژی در برابر افت فشار و هزینه) اجرا و جبهه پارتو برای انتخاب طراحی‌های برتر استخراج شده است. بخش نهایی، یک سامانه هیبریدی کلکتورِ تقویت‌شده به‌همراه مشعل گاز طبیعی را معرفی و در مقیاس آزمایشگاهی ارزیابی می‌کند تا تداوم تأمین حرارت در ساعات کم‌تابش تضمین شود؛ نتایج نشان می‌دهد به‌کارگیری نانوسیال و گردابه‌ساز، ضمن افزایش عدد ناسلت و کارایی حرارتی، تخریب اگزرژی و نوسان دمای خروجی را کاهش داده و در سناریوهای عملیاتی مختلف، نسبت عملکرد حرارتی به افت فشار را بهبود می‌دهد. در خصوص تخریب اگزرژی، نتایج نشان داد که استفاده از نانوسیالات و گردابه‌سازها باعث کاهش قابل توجهی در تخریب اگزرژی سیستم می‌شود، به‌طوری‌که در برخی شرایط، این کاهش به حدود ۲۰٪ نسبت به سیستم‌های سنتی رسید. در نهایت، به‌کارگیری نانوسیالات و گردابه‌سازها در سیستم‌های خورشیدی می‌تواند بازده انرژی را تا ۲۵٪ نسبت به سیستم‌های سنتی افزایش دهد و همچنین، فرایند بهینه‌سازی به‌کار رفته در این مطالعه موجب کاهش هزینه‌های عملیاتی و انرژی مصرفی تا ۱۵٪ شده است. نوآوری اصلی کار، ترکیب منسجم سه محورِ نانوسیال، تولیدکننده گردابه و هیبریدسازی با مشعل گازسوز، همراه با شبیه‌سازی عددی، آزمایش و یادگیری ماشین و فرایند بهینه‌سازی است که مسیر طراحی سامانه‌های خورشیدی با راندمان بالاتر، پایداری عملیاتی بیشتر و ردپای زیست‌محیطی کمتر را هموار می‌سازد.