서지주요정보
Performance analysis and design optimization of volumetric solar collectors = 체적식 태양열 집열기의 성능 연구 및 최적 설계
서명 / 저자 Performance analysis and design optimization of volumetric solar collectors = 체적식 태양열 집열기의 성능 연구 및 최적 설계 / Caiyan Qin.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2019].
Online Access 원문보기 원문인쇄

소장정보

등록번호

8034601

소장위치/청구기호

학술문화관(문화관) 보존서고

DME 19045

휴대폰 전송

도서상태

이용가능

대출가능

반납예정일

리뷰정보

초록정보

A solar collector is the most straightforward way of solar thermal utilization. A volumetric solar collector (also called direct absorption solar collector) is more advantageous than a traditional surfaced based solar collector due to its volumetric absorption of solar energy by the immersed nanoparticles which leads to lower surface temperature and thus less heat loss to the ambient. However, a critical issue of the volumetric solar collectors using nanofluids is that particle agglomerations may occur during the operation which negatively affect the stable and efficient use of a volumetric solar collector. One way to avoid the particle agglomeration is to reduce the particle concentration as much as possible. Due to the approximately linear relation between the nanofluid absorption coefficient and the particle concentration, the reduction of absorption coefficient can correspondingly reduce the particle concentration. In this thesis, a group studies have been conducted to reduce the absorption coefficient for the volumetric solar collectors. First, a systematic optimization has been performed using the global optimization methods for a direct absorption solar collector (DASC) to obtain the optimal design with different constraints and objectives. The lowest absorption coefficient of a blended plasmonic nanofluid with a satisfying thermal performance has been explored which can obtain a satisfactory collector performance at the same time. Second, the spectral absorption coefficient has been optimized for a DASC with a gradient based optimization method. The results showed that the pattern of the optimal spectral absorption coefficient is dependent on the constraint on nanoparticle concentration. Third, a new design for a direct absorption parabolic trough solar collector (DAPTSC) was proposed by applying a highly reflective coating on the top half of the tube so that the optical length will be increased and thus the absorption coefficient can be reduced. Apart from reducing the absorption coefficient necessary for a volumetric solar collector, another way to reduce the particle concentration is to enhance the absorption efficiency of the nanoparticles. Accordingly, in this thesis, the absorption characteristics of nanoparticles with sharp edges was also studied which generated multiple absorption peaks and exhibited much higher solar-weighted absorption-coefficient compared to the smooth nanoparticles, beneficial for more efficient solar energy absorption.

태양열 집열기는 태양열 에너지 이용에 가장 널리 쓰이는 방법이다. 그 중에서도 체적식 태양열 집열기(직접 흡수 태양열 집열기)는 집열기 내부의 나노입자의 체적식 집열방식으로 인해 표면의 온도가 상대적으로 낮아, 기존의 표면 중심의 집열기에 비해 적은 열손실이 발생하는 장점이 있다. 하지만, 체적식 태양열 집열기는 작동 중 입자들이 응집해 안정적이고 효율적인 체적식 태양열 집열을 저해하는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해선 유체 내 입자 밀도를 최대한 줄이는 것이 중요하다. 작동 유체의 흡수계수와 입자의 밀도는 근사적으로 비례하기 때문에, 흡수계수를 낮출 경우 입자의 밀도는 감소하게 된다. 이러한 관점에서 몇몇 연구들은 유체의 흡수계수를 낮추고자 하였다. 첫 번째로, 직접 흡수 태양열 집열기(direct absorption solar collector, DASC)의 여러 변수들과 목적에 따른 최적화된 설계를 위해 global optimization method를 이용되었다. 이에 따라, 집열기의 성능 기준을 만족하는 최저의 흡수 계수를 가진 혼합 플라스모닉 나노유체가 연구되었다. 두 번째로, gradient based optimization method을 이용하여 DASC의 스펙트럼에 대한 흡수계수가 최적화되었다. 세 번째로, 직접 흡수 포물선형 태양열 집열기(direct absorption parabolic trough solar collector, DAPTSC) 내부 작동유체가 지나가는 튜브의 상단부에 높은 반사율을 위한 코팅을 함으로써, 광경로를 늘리고 흡수계수를 낮추는 연구를 진행하였다. 작동 유체의 입자 밀도를 낮추기 위해, 앞서 언급한 흡수계수를 낮추는 방법 이외에, 나노 입자 자체의 흡수 효율을 높이는 방법 또한 있다. 이에 따라, 이 논문에서는 날카로운 모서리들을 가진 나노 입자의 흡수 성질을 연구하였다. 결과적으로 이 나노 입자는 복수의 흡수 꼭지점을 보이며, 기존의 구형 입자에 비해 크게 향상된 흡수 계수를 보여 효율적인 태양열 흡수에 장점을 보였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DME 19045
형태사항 v, 77 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 친카이얀
지도교수의 영문표기 : Bong Jae Lee
지도교수의 한글표기 : 이봉재
수록잡지명 : "Optimization of a direct absorption solar collector with blended plasmonic nanofluids". Solar Energy, 150, 512-520(2017)
수록잡지명 : "Optimization of the spectral absorption coefficient of a plasmonic nanofluid for a direct absorption solar collector". Solar Energy, 169, 231-236(2018)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 기계공학과,
서지주기 References : p. 69-75
주제 Direct-absorption solar collector
parabolic-trough solar collector
spectral absorption coefficient
global optimization
gradient based optimization
edged nanoparticles
absorption efficiency
solar-weighted absorption coefficient
직접흡수 태양열 집열기
포물선형 태양열 집열기
스펙트럼 흡수 계수
포괄적 최적화 (global optimization)
구배 기반 최적화 (gradient based optimization)
날선 나노 입자
흡수 효율
태양 스펙트럼 흡수 계수
QR CODE qr code