• No results found

Heat transfer studies on solar air heaters for performance improvement

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2023

Share "Heat transfer studies on solar air heaters for performance improvement"

Copied!
27
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

HEAT TRANSFER STUDIES ON SOLAR AIR HEATERS FOR PERFORMANCE IMPROVEMENT

DIGPAL KUMAR

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY DELHI

NOVEMBER 2020

(2)

ยฉIndian Institute of Technology Delhi (IITD), New Delhi, 2020

(3)

HEAT TRANSFER STUDIES ON SOLAR AIR HEATERS FOR PERFORMANCE IMPROVEMENT

by

Digpal Kumar

Department of Mechanical Engineering

Submitted

in fulfillment of the requirements of the degree of Doctor of Philosophy

to the

Indian Institute of Technology Delhi

NOVEMBER 2020

(4)

Dedicated to My Parents and Friends

(5)

Certificate

This is to certify that the thesis entitled โ€œHeat Transfer Studies on Solar Air Heaters for Performance Improvementโ€ being submitted by Mr. Digpal Kumar to the Indian Institute of Technology Delhi for the award of the degree of DOCTOR OF PHILOSOPHY is a record of the original bonafide research carried out by him. He has worked under our guidance and supervision and has fulfilled the requirements for the submission of the thesis. The results presented in this thesis have not been submitted in part or full to any other University or Institute for award of any degree or diploma.

Prof. B. Premachandran

Professor

Department of Mechanical Engineering Indian Institute of Technology Delhi Hauz Khas, New Delhi-110 016, India

New Delhi

(6)

i

Acknowledgements

First and foremost, I am grateful to the merciful Almighty for his uncountable blessings.

I would like to express my heartfelt gratitude to my supervisor, Prof. B. Premachandran, for all his invaluable guidance, endless assistance, and encouragement during this dissertation work.

He has been constantly encouraged and motivated me in every step right from the beginning.

His constant zeal for work and enthusiasm have always kept me involved in this work and motivated me to strive for excellence.

I am thankful to Prof. M. R. Ravi, Prof. P. Talukdar and Prof. V. Buwa as my committee members. Their educational guidance, questions and incentive through valuable advice relating my research during my presentations, were very useful to my thought process. I would like to thank the technical staff of Heat Transfer Research laboratory, Mr. Rajender Singh, who helped me in the establishment of the experimental set ups and in extending all the facilities required.

The ideas and inspiration drawn from my friends have been equally important during this period. I hereby express my gratitude towards my lab mats Dr. Sourav Kumar, Mr. Nikhil Kumar Singh, Dr. Sharad N. Pachpute, Dr. B. M. Ningegowda, Dr. Kulpdip Singh, Mr. Thamil Kumaran, Mr. Rohit Kumar and Mr. Giridhar Jambre. I would like to take this opportunity to thank Mr. Kaushlendra Dubey, Mr. Nikhil Kumar, Mr. Mahendra Gupta and Abhishek sit whose association during my PhD work made memorable.

I am deeply indebted to my spiritual Guru, Sri Yogi Anand Kumar for his blessings.

Finally, I would like to thank my family for their support and faith in me. They have always been a source of encouragement and have helped me at every stage of my academic and personal life. I would like to thank my beloved parents, sisters and brothers for their life-long support, everlasting love, and sacrifices, which sustained my interest in research and motivated me towards the successful completion of this study. I owe you all much more than I can possibly express.

New Delhi Digpal Kumar

(7)

ii

Abstract

Solar air heaters (SAHs) are widely used for heating of building and drying of agricultural products. SAHs are mainly based on force convection or natural convection. For a force convection based SAH, a blower is required to blow the air through the air heater channel. In the natural convection based SAHs, flow of air inside the air heater channel occurs due to buoyancy force and no blower is required. In many applications, free convection based solar air heaters are preferred as there is no requirement of blower and easy maintenance.

Furthermore, it is easy to fabricate, noise-free, durable and require low maintenance cost.

Despite extensive studies on natural convection based solar air heaters, several issues have not been properly addressed such as flow transition in inclined channel, effect of atmospheric wind, detailed flow and heat transfer analysis with different fin configurations and porous medium at the outlet.

The following four problems have been investigated in the present study: (i) the effect of atmospheric wind on the performance of natural convection based solar air heaters, (ii) the effect of fins on the bottom side of the absorber plate and the identification of an optimum arrangement of fins for higher heat transfer with less material (iii) the effect of flow resistance at the exit of the channel on the natural convection heat transfer inside the solar air heaters, (iv) laminar, transition and turbulent regimes in a natural convection based solar air heater. In the present work, numerical and experimental investigations have been performed for the natural convection based solar air heaters. Numerical simulations have been carried out by using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) and Large Eddy Simulations (LES) models. To perform the experiments, an experimental set-up has been fabricated.

A detailed numerical investigation has been carried out in this work to understand the effect of atmospheric wind on heat transfer in natural convection based solar air heaters. A 3D

(8)

iii

inclined rectangular channel has been considered for the numerical simulations. The top wall of the channel is maintained at constant heat flux condition, and the other walls of the channel are assumed to be adiabatic in all the simulations. For heat transfer calculations, combined convection and surface radiation is considered in the present study. All the inner surface of the walls of the channel are assumed to be black and the emissivity, ๐œ€ of the plates are taken to be 0.95. The numerical simulations are carried out by varying the values of heat flux, ๐‘žโ€ฒโ€ฒ = 250 W/m2, 500 W/m2 and 750 W/m2, velocity of the atmospheric wind, Vwind = 0.0, 0.2, 0.6, and 1.0 m/s, and the inclination angle of the channel, ๐œƒ =15ยฐ, 30๏‚ฐ, 45๏‚ฐ, and 60๏‚ฐ. In the parametric study, various directions of free stream flow are also considered such as cross flow over the channel, along the main flow direction of the channel and the diagonal to the channel. It is shown that the mass flow rate starts to drop beyond an angle of inclination of 45 degrees in the presence of atmospheric wind, which is not the case for still conditions with no wind.

To obtain an optimum fin arrangement in a natural convection based solar air heater with a rectangular fin array attached to the bottom side of the absorber for better heat transfer and higher mass flow rate of heated air, a numerical study have been performed and the results have been presented for various fin sizes and spacing between the fins. An inclined rectangular channel similar to the dimensions of a typical solar air heater has been considered for this study.

Three different fin configurations viz. continuous long fins for the whole length of the channel, inline interrupted and staggered interrupted arrangements of fins have been studied. The present analysis aims to identify the optimum configuration of the fin array for enhanced heat transfer. The spacing between the fins and the height of the fins are varied to obtain an optimum configuration. The numerical simulations are performed for the heat flux, ๐‘žโ€ฒโ€ฒ of 250 W/m2, 500 W/m2 and 750 W/m2 on the absorber plate. The inclination angles of the channel, ๐œƒ considered in the parametric study are 15ยฐ, 30๏‚ฐ, and 45๏‚ฐ with respect to the horizontal plane.

The results show that with the spacing between fins, S = 5.4 cm performs better in the case of

(9)

iv

longitudinal continuous fin arrangement. On the other hand, a fin spacing of 4.75 cm shows higher heat transfer in the case of staggered fin configuration. Compared to nine long uninterrupted fins, using the staggered arrangement with 15ร—10 fins saves up to 33% of fin material for same heat transfer.

The effect of flow resistance due to the presence of porous medium representing agricultural products at the exit of free convection based solar air heater has been studied experimentally and numerically. An air heater has been developed as an inclined channel and integrated with a drying chamber to conduct the experiments. Constant heat flux condition is provided by electrical heating on the top absorber plate of the channel. Experiments have been conducted for heat flux ranging from 250 to 750 W/m2 for the channel inclination angle of 30o. The height of porous material bed has also been varied in the drying chamber while the porosity is set at 0.36. In the numerical study, the surface-to-surface radiation model has also been considered for the modelling of heat transfer within the channel. For all the heat flux values considered in the experiments, numerical simulations have been performed for the inclination angles of 15ยฐ, 30ยฐ and 45ยฐ. In this analysis, the temperature distribution in the channel wall, the flow pattern, the difference in the mass flow rate and temperature of the outlet air have been investigated with different heights of the porous medium. For the porous medium thicknesses of 63 mm and 126 mm in the chamber, the mass flow rate is reduced by approximately 20% and 30%, respectively for all the heat flux values considered in this study.

The natural convection flow transition from laminar to turbulent inside a parallel plate channel has been studied numerically at the angles of inclinations of 15ยฐ, 30ยฐ and 60ยฐ with respect to horizontal plane. A numerical study has been carried out using the large eddy simulations (LES) to understand the flow transition from laminar to turbulent. To carry out the numerical investigations, a three dimensional rectangular channel is considered. The top plate of the channel is exposed to the constant heat flux condition of 250 W/m2 and the bottom wall

(10)

v

is assumed to be adiabatic. Periodic boundary conditions are applied to the sides of the channel.

In this study, the main focus is on the effect of the angle of inclination on the flow transition from laminar to turbulent and the development of thermal boundary layer in the channel at different angles of inclination. The results indicate that due to the rapid growth of both the velocity and thermal boundary layers, the early transition occurs at the lower angle of inclination of the channel with respect to horizontal plane. The temperature distributions obtained at various cross sections show that strong mixing occurs at the lower angle of inclination relatively at the early stage of the flow.

(11)

เคธเคพเคฐ

เค•เฅƒเคทเคฟ เค‰เคคเฅเคชเคพเคฆ เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡ เคทเคฟเคฐเฅเคพเคพเคฃ เค”เคฐ เคธเฅเค–เคพเคฟเฅ‡ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคธเฅŒเคฐ เคตเคพเคฏเฅ เคนเฅ€เคŸเคฐ เค•เคพ เคตเฅเคฏเคพเคชเค• เคฐเฅ‚เคช เคธเฅ‡ เค‰เคชเคฏ เค— เคทเค•เคฏเคพ

เคœเคพเคคเคพ เคนเฅˆเฅค เคธเฅŒเคฐ เคตเคพเคฏเฅ เคนเฅ€เคŸเคฐ เคฐเฅเฅเค–เฅเคฏ เคฐเฅ‚เคช เคธเฅ‡ เคฌเคฟ เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เคฏเคพ เคชเฅเคฐเคพเค•เฅƒเคทเคคเค• เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เคชเคฐ เค†เคงเคพเคฐเคฐเคค เคน เคคเฅ‡ เคนเฅˆเค‚เฅค เคเค• เคฌเคฟ

เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เค†เคงเคพเคฐเคฐเคค เคธเฅŒเคฐ เคตเคพเคฏเฅ เคนเฅ€เคŸเคฐ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค, เคเคฏเคฐ เคนเฅ€เคŸเคฐ เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ‡ เคฐเฅเคพเคงเฅเคฏเคฐเฅ เคธเฅ‡ เคนเคตเคพ เค• เค‰เคกเคพเคฟเฅ‡ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคเค• เคฌเฅเคฒ เค…เคฐ เค•เฅ€ เค†เคตเคถเฅเคฏเค•เคคเคพ เคน เคคเฅ€ เคนเฅˆเฅค เคชเฅเคฐเคพเค•เฅƒเคทเคคเค• เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เค†เคงเคพเคฐเคฐเคค เคธเฅŒเคฐ เคตเคพเคฏเฅ เคนเฅ€เคŸเคฐ เคฐเฅเฅ‡เค‚, เคตเคพเคฏเฅ เคนเฅ€เคŸเคฐ เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ‡

เค…เฅ‹เค‚เคฆเคฐ เคนเคตเคพ เค•เคพ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เค‰เคคเฅเคชเฅเคฒเคพเคตเคฟ เคฌเคฟ เค•เฅ‡ เค•เคพเคฐเคฃ เคน เคคเคพ เคนเฅˆ เค”เคฐ เคทเค•เคธเฅ€ เคงเฅŒเฅ‹เค‚เค•เคฟเฅ€ เค•เฅ€ เค†เคตเคถเฅเคฏเค•เคคเคพ เคฟเคนเฅ€เฅ‹เค‚ เคน เคคเฅ€ เคนเฅˆเฅค

เค•เคˆ เค…เคฟเฅเคชเฅเคฐเคฏ เค— เฅ‹เค‚ เคฐเฅเฅ‡เค‚, เคชเฅเคฐเคพเค•เฅƒเคทเคคเค• เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เค†เคงเคพเคฐเคฐเคค เคธเฅŒเคฐ เคตเคพเคฏเฅ เคนเฅ€เคŸเคฐ เฅ‹เค‚ เค• เคชเฅเคฐเคพเคฅเคทเคฐเฅเค•เคคเคพ เคฆเฅ€ เคœเคพเคคเฅ€ เคนเฅˆ เค•เฅ เฅ‹เค‚เคทเค• เคฌเฅเคฒ เค…เคฐ เค•เฅ€ เค• เคˆ เค†เคตเคถเฅเคฏเค•เคคเคพ เคฟเคนเฅ€เฅ‹เค‚ เคน เคคเฅ€ เคนเฅˆเฅค เค‡เคธเค•เฅ‡ เค…เคฟเคพเคตเคพ, เคฏเคน เค†เคธเคพเคฟ เคนเฅˆ, เคถ เคฐ-เคฐเฅเฅเค•เฅเคค, เคทเคŸเค•เคพเคŠ เค”เคฐ เค•เคฐเฅ

เคฐเค–เคฐเค–เคพเคต เคฟเคพเค—เคค เค•เฅ€ เค†เคตเคถเฅเคฏเค•เคคเคพ เคนเฅˆเฅค เคชเฅเคฐเคพเค•เฅƒเคทเคคเค• เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เค†เคงเคพเคฐเคฐเคค เคธเฅŒเคฐ เคตเคพเคฏเฅ เคนเฅ€เคŸเคฐ เฅ‹เค‚ เคชเคฐ เคตเฅเคฏเคพเคชเค• เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ

เค•เฅ‡ เคฌเคพเคตเคœเฅ‚เคฆ, เค•เคˆ เคฐเฅเฅเคฆเฅ เฅ‹เค‚ เค• เค เฅ€เค• เคธเฅ‡ เคธเฅ‹เค‚เคฌ เคทเคงเคค เคฟเคนเฅ€เฅ‹เค‚ เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆ เคœเฅˆเคธเฅ‡ เคทเค• เคเฅเค•เคพเคต เคšเฅˆเคฟเคฟ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคธเฅ‹เค‚เค•เฅเคฐเคฐเฅเคฃ, เคตเคพเคฏเฅเคฐเฅเฅ‹เค‚เคกเคฟเฅ€เคฏ เคนเคตเคพ เค•เคพ เคชเฅเคฐเคญเคพเคต, เคทเคตเคทเคญเคจเฅเคจ เคทเคฟเคฟ เค•เฅ‰เคจเฅเคซเคผเคฟเค—เคฐเฅ‡เคถเคฟ เค•เฅ‡ เคธเคพเคฅ เคทเคตเคธเฅเคคเฅƒเคค เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เค”เคฐ เค—เคฐเฅเฅ€ เคนเคธเฅเคคเคพเฅ‹เค‚เคคเคฐเคฃ เคทเคตเคถเฅเคฒเฅ‡เคฟเคฃ เค”เคฐ เคทเคฟเค•เคพเคธ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคเคฐเคเคฐเคพ เคฐเฅเคพเคงเฅเคฏเคฐเฅเฅค

เคตเคคเคพเคฐเฅเคพเคฟ เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคทเคฟเคฎเฅเคจเคทเคฟเคจเฅเค–เคค เคšเคพเคฐ เคธเคฐเฅเคธเฅเคฏเคพเค“เฅ‹เค‚ เค•เฅ€ เคœเคพเฅ‹เค‚เคš เค•เฅ€ เค—เคˆ เคนเฅˆ: (i) เคชเฅเคฐเคพเค•เฅƒเคทเคคเค• เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ

เค†เคงเคพเคฐเคฐเคค เคธเฅŒเคฐ เคตเคพเคฏเฅ เคนเฅ€เคŸเคฐ เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡ เคชเฅเคฐเคฆเคถเคพเคฟ เคชเคฐ เคตเคพเคฏเฅเคฐเฅเฅ‹เค‚เคกเคฟเฅ€เคฏ เคชเคตเคฟ เค•เคพ เคชเฅเคฐเคญเคพเคต, (ii) เค…เคตเคถ เคฟเค• เคชเฅเคฒเฅ‡เคŸ เค•เฅ‡ เคฟเฅ€เคšเฅ‡ เค•เฅ€

เคคเคฐเคฟ เคทเคฟเคฟ เค•เคพ เคชเฅเคฐเคญเคพเคต เค”เคฐ เค•เคฐเฅ เคธเคพเคฐเฅเค—เฅเคฐเฅ€ เค•เฅ‡ เคธเคพเคฅ เค‰เคšเฅเคš เค—เคฐเฅเฅ€ เคนเคธเฅเคคเคพเฅ‹เค‚เคคเคฐเคฃ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคทเคฟเคฟ เค•เฅ€ เคเค• เค‡เคทเฅเคŸเคคเคฐเฅ

เคตเฅเคฏเคตเคธเฅเคฅเคพ เค•เฅ€ เคชเคนเคšเคพเคฟ (iii) เคธเฅŒเคฐ เคนเคตเคพ เค•เฅ‡ เคนเฅ€เคŸเคฐ เค•เฅ‡ เค…เฅ‹เค‚เคฆเคฐ เคชเฅเคฐเคพเค•เฅƒเคทเคคเค• เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เค—เคฐเฅเฅ€ เคนเคธเฅเคคเคพเฅ‹เค‚เคคเคฐเคฃ เคชเคฐ เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ‡ เคฌเคพเคนเคฐ เคทเคฟเค•เคฟเคฟเฅ‡ เคชเคฐ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคชเฅเคฐเคทเคคเคฐ เคง เค•เคพ เคชเฅเคฐเคญเคพเคต, (iv) เคเค• เคชเฅเคฐเคพเค•เฅƒเคทเคคเค• เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เค†เคงเคพเคฐเคฐเคค เคธเฅŒเคฐ เคตเคพเคฏเฅ เคนเฅ€เคŸเคฐ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคฟเฅˆเคทเคฐเฅเคฟเคพเคฐ, เคธเฅ‹เค‚เค•เฅเคฐเคฐเฅเคฃ เค”เคฐ เค…เคถเคพเฅ‹เค‚เคค เค•เฅเคทเฅ‡เคคเฅเคฐเฅค เคตเคคเคพเคฐเฅเคพเคฟ เค•เคพเคฏเคพ เคฐเฅเฅ‡เค‚, เคชเฅเคฐเคพเค•เฅƒเคทเคคเค• เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เค†เคงเคพเคฐเคฐเคค เคธเฅŒเคฐ เคตเคพเคฏเฅ เคนเฅ€เคŸเคฐ เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เค”เคฐ เคชเฅเคฐเคฏ เค—เคพเคคเฅเคฎเค• เคœเคพเฅ‹เค‚เคš เค•เฅ€ เค—เคˆ เคนเฅˆเฅค เคฐเฅ‡เคฟเฅ‰เคฒเฅเคกเฅเคธ-เคเคตเคฐเฅ‡เคœเฅเคก เคฟเฅ‡เคทเคตเคฏเคฐ-เคธเฅเคŸ เค•เฅเคธ (RANS) เค”เคฐ เคฟเคพเคœเคพ เคเคกเฅเคกเฅ€

เคทเคธเคฐเฅเฅเคฟเฅ‡เคถเคฟ (LES) เคฐเฅเฅ‰เคกเคฟ เค•เคพ เค‰เคชเคฏ เค— เค•เคฐเค•เฅ‡ เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เคทเคธเคฐเฅเฅเคฟเฅ‡เคถเคฟ เคทเค•เค เค—เค เคนเฅˆเค‚เฅค เคชเฅเคฐเคฏ เค— เฅ‹เค‚ เค• เค•เคฐเคฟเฅ‡ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค, เคเค• เคชเฅเคฐเคฏ เค—เคพเคคเฅเคฎเค• เคธเฅ‡เคŸ-เค…เคช เคคเฅˆเคฏเคพเคฐ เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆเฅค

เคชเฅเคฐเคพเค•เฅƒเคทเคคเค• เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เค†เคงเคพเคฐเคฐเคค เคธเฅŒเคฐ เคŠเคœเคพเคพ เคนเฅ€เคŸเคฐ เฅ‹เค‚ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เค—เคฐเฅเฅ€ เคนเคธเฅเคคเคพเฅ‹เค‚เคคเคฐเคฃ เคชเคฐ เคตเคพเคฏเฅเคฐเฅเฅ‹เค‚เคกเคฟเฅ€เคฏ เคนเคตเคพ เค•เฅ‡ เคชเฅเคฐเคญเคพเคต เค• เคธเคฐเฅเคเคฟเฅ‡ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เค‡เคธ เค•เคพเคฏเคพ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคเค• เคทเคตเคธเฅเคคเฅƒเคค เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เคœเคพเฅ‹เค‚เคš เค•เฅ€ เค—เคˆ เคนเฅˆเฅค เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เคทเคธเคฐเฅเฅเคฟเฅ‡เคถเคฟ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคเค• 3 เคกเฅ€ เค‡เคšเฅเค›เฅเค• เค†เคฏเคคเคพเค•เคพเคฐ เคšเฅˆเคฟเคฟ เคชเคฐ เคทเคตเคšเคพเคฐ เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆเฅค เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ€ เคถเฅ€เคฟเคพ เคฆเฅ€เคตเคพเคฐ เค• เคทเคฟเคฐเฅ‹เค‚เคคเคฐ เค—เคฐเฅเฅ€ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เค•เฅ€ เคจเฅเคธเฅเคฅเคทเคค เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคฌเคฟเคพเค เคฐเค–เคพ เคœเคพเคคเคพ เคนเฅˆ, เค”เคฐ เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ€ เค…เคจเฅเคฏ เคฆเฅ€เคตเคพเคฐ เฅ‹เค‚ เค• เคธเคญเฅ€ เคทเคธเคฐเฅเฅเคฟเฅ‡เคถเคฟ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคเคทเคกเคฏเคพเคฌเฅ‡เคทเคŸเค• เคฐเฅเคพเคฟเคพ

เคœเคพเคคเคพ เคนเฅˆเฅค เค—เคฐเฅเฅ€ เคนเคธเฅเคคเคพเฅ‹เค‚เคคเคฐเคฃ เค—เคฃเคฟเคพ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค, เคตเคคเคพเคฐเฅเคพเคฟ เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคธเฅ‹เค‚เคฏเฅเค•เฅเคค เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เค”เคฐ เคธเคคเคน เคทเคตเคทเค•เคฐเคฃ เคฐเฅเคพเคฟเคพ

เคœเคพเคคเคพ เคนเฅˆเฅค เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ€ เคฆเฅ€เคตเคพเคฐ เฅ‹เค‚ เค•เฅ€ เคธเคญเฅ€ เค†เฅ‹เค‚เคคเคฐเคฐเค• เคธเคคเคน เค• เค•เคพเคฟเคพ เค”เคฐ เค‰เคคเฅเคธเคœเคพเคฟ เคฐเฅเคพเคฟเคพ เคœเคพเคคเคพ เคนเฅˆ, เคชเฅเคฒเฅ‡เคŸ เฅ‹เค‚ เค•เคพ ฮต 0.95 เคทเคฟเคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆเฅค เค—เคฐเฅเฅ€ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เค•เฅ‡ เคฐเฅเคพเคฟ เฅ‹เค‚ เค• เค…เคฟเค—-เค…เคฟเค— เค•เคฐเค•เฅ‡ เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เคทเคธเคฐเฅเฅเคฟเฅ‡เคถเคฟ เคทเค•เค เคœเคพเคคเฅ‡ เคนเฅˆเค‚,

(12)

๐‘žโ€ฒโ€ฒ= 250 W/m2, 500 W/m2 เค”เคฐ 750 W/m2, เคตเคพเคฏเฅเคฐเฅเฅ‹เค‚เคกเคฟเฅ€เคฏ เคนเคตเคพ เค•เคพ เคตเฅ‡เค—, เคทเคตเคทเคตเคก = 0.0, 0.2, 0.6, 0.6 เค”เคฐ 1.0 m/s, เค”เคฐ เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เคพ เคเฅเค•เคพเคต เค• เคฃ, ๐œƒ = 15ยฐ, 30๏‚ฐ, 45๏‚ฐ, เค”เคฐ 60๏‚ฐเฅค เคชเฅˆเคฐเคพเคฐเฅเฅ€เคทเคŸเคฟเค• เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เคฐเฅเฅ‡เค‚, เคซเฅเคฐเฅ€

เคธเฅเคŸเคฟเฅ€เคฐเฅ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เค•เฅ€ เคทเคตเคทเคญเคจเฅเคจ เคทเคฆเคถเคพเค“เฅ‹เค‚ เค• เคญเฅ€ เคฐเฅเคพเคฟเคพ เคœเคพเคคเคพ เคนเฅˆ เคœเฅˆเคธเฅ‡ เคšเฅˆเคฟเคฟ เคชเคฐ เค•เฅเคฐเฅ‰เคธ เคซเฅเคฒ , เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ€ เคฐเฅเฅเค–เฅเคฏ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคทเคฆเคถเคพ เค”เคฐ เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคทเคตเค•เคฃเคพเฅค เคฏเคน เคทเคฆเค–เคพเคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆ เคทเค• เคตเคพเคฏเฅเคฐเฅเฅ‹เค‚เคกเคฟเฅ€เคฏ เคนเคตเคพ เค•เฅ€ เค‰เคชเคจเฅเคธเฅเคฅเคทเคค เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคฆเฅเคฐเคตเฅเคฏเคฐเฅเคพเคฟ

เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคฆเคฐ 45 เคทเคกเค—เฅเคฐเฅ€ เค•เฅ‡ เคเฅเค•เคพเคต เค•เฅ‡ เค• เคฃ เคธเฅ‡ เคชเคฐเฅ‡ เคทเค—เคฐเคฟเคพ เคถเฅเคฐเฅ‚ เคน เคœเคพเคคเฅ€ เคนเฅˆ, เคœ เคทเค• เค…เคญเฅ€ เคคเค• เค• เคˆ เคนเคตเคพ เคฟเคนเฅ€เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡

เคธเคพเคฅ เคจเฅเคธเฅเคฅเคทเคค เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคฐเฅเคพเคฐเฅเคฟเคพ เคฟเคนเฅ€เฅ‹เค‚ เคนเฅˆเฅค

เคเค• เคฌเฅ‡เคนเคคเคฐ เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เค†เคงเคพเคฐเคฐเคค เคธ เคฟเคฐ เคเคฏเคฐ เคนเฅ€เคŸเคฐ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคเค• เค†เคฏเคคเคพเค•เคพเคฐ เคทเคฟเคฟ เคตเฅเคฏเคตเคธเฅเคฅเคพ เคชเฅเคฐเคพเคชเฅเคค เค•เคฐเคฟเฅ‡ เค•เฅ‡

เคทเคฟเค เคฌเฅ‡เคนเคคเคฐ เค—เคฐเฅเฅ€ เคนเคธเฅเคคเคพเฅ‹เค‚เคคเคฐเคฃ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคเค• เค†เคฏเคคเคพเค•เคพเคฐ เคทเคฟเคฟ เคธเคฐเคฃเฅ€ เค•เฅ‡ เคธเคพเคฅ เคœเฅเคกเคพ เคนเฅเค† เคนเฅˆ เค”เคฐ เค—เคฐเฅเคพ เคนเคตเคพ เค•เฅ‡

เค‰เคšเฅเคš เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคฆเคฐ, เคเค• เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆ เค”เคฐ เคชเคฐเคฐเคฃเคพเคฐเฅ เคนเฅˆเค‚ เคทเคตเคทเคญเคจเฅเคจ เคชเฅ‹เค‚เค– เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡ เค†เค•เคพเคฐ เค”เคฐ เคชเฅ‹เค‚เค– เฅ‹เค‚

เค•เฅ‡ เคฌเฅ€เคš เค…เฅ‹เค‚เคคเคฐ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคชเฅเคฐเคธเฅเคคเฅเคค เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆเฅค เค‡เคธ เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคเค• เค เฅ‡เค  เคธเฅŒเคฐ เคตเคพเคฏเฅ เคนเฅ€เคŸเคฐ เค•เฅ‡ เค†เคฏเคพเคฐเฅ เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡

เคธเคฐเฅเคพเคฟ เคเค• เคเฅเค•เคพเคต เค†เคฏเคคเคพเค•เคพเคฐ เคšเฅˆเคฟเคฟ เคชเคฐ เคทเคตเคšเคพเคฐ เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆเฅค เคคเฅ€เคฟ เค…เคฟเค—-เค…เคฟเค— เคทเคฟเคฟ เค•เฅ‰เคจเฅเคซเคผเคฟเค—เคฐเฅ‡เคถเคฟเฅค

เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ€ เคชเฅ‚เคฐเฅ€ เคฟเฅ‹เค‚เคฌเคพเคˆ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคฟเค—เคพเคคเคพเคฐ เคฟเฅ‹เค‚เคฌเฅ‡ เคชเฅ‹เค‚เค–, เค‡เคฟเคฟเคพเค‡เคฟ เคฌเคพเคทเคงเคค เค”เคฐ เคชเฅ‹เค‚เค– เฅ‹เค‚ เค•เฅ€ เค•เฅ‹เค‚เคทเคชเคค เคตเฅเคฏเคตเคธเฅเคฅเคพ เค•เคพ

เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆเฅค เคตเคคเคพเคฐเฅเคพเคฟ เคทเคตเคถเฅเคฒเฅ‡เคฟเคฃ เค•เคพ เค‰เคฆเฅเฅ‡เคถเฅเคฏ เคฌเคขเคพเคฏเคพ เค—เคฐเฅเฅ€ เคนเคธเฅเคคเคพเฅ‹เค‚เคคเคฐเคฃ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคทเคฟเคฟ เคธเคฐเคฃเฅ€ เค•เฅ‡

เค‡เคทเฅเคŸเคคเคฐเฅ เค•เฅ‰เคจเฅเคซเคผเคฟเค—เคฐเฅ‡เคถเคฟ เค•เฅ€ เคชเคนเคšเคพเคฟ เค•เคฐเคฟเคพ เคนเฅˆเฅค เคเค• เค‡เคทเฅเคŸเคคเคฐเฅ เคทเคตเคจเฅเคฏเคพเคธ เคชเฅเคฐเคพเคชเฅเคค เค•เคฐเคฟเฅ‡ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคชเฅ‹เค‚เค– เฅ‹เค‚ เค”เคฐ เคชเฅ‹เค‚เค– เฅ‹เค‚ เค•เฅ€

เคŠเฅ‹เค‚เคšเคพเคˆ เค•เฅ‡ เคฌเฅ€เคš เค…เฅ‹เค‚เคคเคฐ เคทเคญเคจเฅเคจ เคน เคคเคพ เคนเฅˆเฅค เค…เฅ‹เค‚เค•เฅ€เคฏ เคชเฅเคฒเฅ‡เคŸ เคชเคฐ 250 W/m2, 500 W/m2 เค”เคฐ 750 W/m2 เค•เฅ€ เค—เคฐเฅเฅ€

เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เคทเคธเคฐเฅเฅเคฟเฅ‡เคถเคฟ เคทเค•เค เคœเคพเคคเฅ‡ เคนเฅˆเค‚เฅค เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ‡ เคเฅเค•เคพเคต เค• เคฃ, เคชเฅˆเคฐเคพเคฐเฅเฅ€เคทเคŸเคฟเค• เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคฐเฅเคพเคฟเคพ

เคœเคพเคคเคพ เคนเฅˆ เค•เฅเคทเฅˆเคทเคคเคœ เคทเคตเคฐเฅเคพเคฟ เค•เฅ‡ เคธเฅ‹เค‚เคฌเฅ‹เค‚เคง เคฐเฅเฅ‡เค‚ 15ยฐ, 30๏‚ฐ, เค”เคฐ 45๏‚ฐ เคนเฅˆเค‚เฅค เคชเคฐเคฐเคฃเคพเคฐเฅ เคฌเคคเคพเคคเฅ‡ เคนเฅˆเค‚ เคทเค• เคชเฅ‹เค‚เค– เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡ เคฌเฅ€เคš เคฐเคฐเคจเฅเค•เฅเคค เค•เฅ‡

เคธเคพเคฅ, เคเคธ = 5.4 เคธเฅ‡เคฐเฅเฅ€ เค…เคฟเฅเคฆเฅˆเคงเฅเคฏเคพ เคทเคฟเคฐเฅ‹เค‚เคคเคฐ เคทเคฟเคฟ เคตเฅเคฏเคตเคธเฅเคฅเคพ เค•เฅ‡ เคฐเฅเคพเคฐเฅเคฟเฅ‡ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคฌเฅ‡เคนเคคเคฐ เคชเฅเคฐเคฆเคถเคพเคฟ เค•เคฐเคคเคพ เคนเฅˆเฅค เคฆเฅ‚เคธเคฐเฅ€ เค“เคฐ, 4.75 เคธเฅ‡เคฐเฅเฅ€ เค•เฅ€ เคเค• เค…เฅ‹เค‚เคทเคคเคฐเฅ เคฐเคฐเคจเฅเค•เฅเคค เค•เฅ‹เค‚เคทเคชเคค เคทเคฟเคฟ เค•เฅ‰เคจเฅเคซเคผเคฟเค—เคฐเฅ‡เคถเคฟ เค•เฅ‡ เคฐเฅเคพเคฐเฅเคฟเฅ‡ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เค‰เคšเฅเคš เค—เคฐเฅเฅ€ เคนเคธเฅเคคเคพเฅ‹เค‚เคคเคฐเคฃ เคทเคฆเค–เคพเคคเฅ€

เคนเฅˆเฅค เคฟเฅŒ เคฟเฅ‹เค‚เคฌเฅ‡ เคทเคฟเคฌเคพเคพเคง เคชเฅ‹เค‚เค– เฅ‹เค‚ เค•เฅ€ เคคเฅเคฟเคฟเคพ เคฐเฅเฅ‡เค‚, 15ร—10 เคชเฅ‹เค‚เค– เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡ เคธเคพเคฅ เค•เฅ‹เค‚เคทเคชเคค เคตเฅเคฏเคตเคธเฅเคฅเคพ เค•เคพ เค‰เคชเคฏ เค— เค•เคฐเคฟเฅ‡ เคธเฅ‡ เคธเคฐเฅเคพเคฟ

เค—เคฐเฅเฅ€ เคนเคธเฅเคคเคพเฅ‹เค‚เคคเคฐเคฃ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค 33% เคคเค• เคทเคฟเคฟ เคธเคพเคฐเฅเค—เฅเคฐเฅ€ เคฌเคšเคคเฅ€ เคนเฅˆเฅค

เคฐเฅเฅเค•เฅเคค เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เค†เคงเคพเคฐเคฐเคค เคธเฅŒเคฐ เคตเคพเคฏเฅ เคนเฅ€เคŸเคฐ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค•เคพเคธ เคชเคฐ เค•เฅƒเคทเคฟ เค‰เคคเฅเคชเคพเคฆ เฅ‹เค‚ เค•เคพ เคชเฅเคฐเคทเคคเคทเคฟเคทเคงเคคเฅเคต เค•เคฐเคฟเฅ‡ เคตเคพเคฟเฅ‡

เคเคฐเคเคฐเคพ เคฐเฅเคพเคงเฅเคฏเคฐเฅ เค•เฅ€ เค‰เคชเคจเฅเคธเฅเคฅเคทเคค เค•เฅ‡ เค•เคพเคฐเคฃ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคชเฅเคฐเคทเคคเคฐ เคง เค•เคพ เคชเฅเคฐเคญเคพเคต เคชเฅเคฐเคฏ เค—เคพเคคเฅเคฎเค• เค”เคฐ เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เคฐเฅ‚เคช เคธเฅ‡

เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆเฅค เคเค• เคเคฏเคฐ เคนเฅ€เคŸเคฐ เค• เคเค• เคเฅเค•เคพเคต เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ‡ เคฐเฅ‚เคช เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคทเคตเค•เคทเคธเคค เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆ เค”เคฐ เคชเฅเคฐเคฏ เค— เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡ เคธเฅ‹เค‚เคšเคพเคฟเคฟ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคเค• เคธเฅเค–เคพเคฟเฅ‡ เค•เค•เฅเคท เค•เฅ‡ เคธเคพเคฅ เคเค•เฅ€เค•เฅƒเคค เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆเฅค เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ‡ เคถเฅ€เคฟเคพ เค…เคตเคถ เคฟเค• เคชเฅเคฒเฅ‡เคŸ เคชเคฐ เคทเคฌเคœเคฟเฅ€ เค•เฅ‡ เคนเฅ€เคทเคŸเฅ‹เค‚เค— เคฆเฅเคตเคพเคฐเคพ เคฟเค—เคพเคคเคพเคฐ เค—เคฐเฅเฅ€ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เค•เฅ€ เคจเฅเคธเฅเคฅเคทเคค เคชเฅเคฐเคฆเคพเคฟ เค•เฅ€ เคœเคพเคคเฅ€ เคนเฅˆเฅค 30o เค•เฅ‡ เคšเฅˆเคฟเคฟ เคเฅเค•เคพเคต เค• เคฃ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค 250 เคธเฅ‡ 750 W/m2 เคคเค• เค•เฅ‡ เค—เคฐเฅเฅ€ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคชเฅเคฐเคฏ เค— เฅ‹เค‚ เค•เคพ เค†เคฏ เคœเคฟ เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆเฅค เคถเฅเคทเฅเค• เค•เค•เฅเคท เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคเคฐเคเคฐเคพ เคธเคพเคฐเฅเค—เฅเคฐเฅ€ เค•เฅ€ เคŠเฅ‹เค‚เคšเคพเคˆ เคญเฅ€ เคทเคญเคจเฅเคจ-เคทเคญเคจเฅเคจ เคฐเคนเฅ€ เคนเฅˆ, เคœเคฌเคทเค• เคช เคฐเคทเคธเคŸเฅ€ 0.36 เคชเคฐ เคธเฅ‡เคŸ เคนเฅˆเฅค เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค•

(13)

เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เคฐเฅเฅ‡เค‚, เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ‡ เคญเฅ€เคคเคฐ เค—เคฐเฅเฅ€ เคนเคธเฅเคคเคพเฅ‹เค‚เคคเคฐเคฃ เค•เฅ‡ เคฐเฅเฅ‰เคกเคทเคฟเฅ‹เค‚เค— เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคธเคคเคน เคธเฅ‡ เคธเคคเคน เคทเคตเคทเค•เคฐเคฃ เคฐเฅเฅ‰เคกเคฟ เคชเคฐ เคญเฅ€

เคทเคตเคšเคพเคฐ เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆเฅค เคชเฅเคฐเคฏ เค— เฅ‹เค‚ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคทเคตเคšเคพเคฐ เคทเค•เค เค—เค เคธเคญเฅ€ เค—เคฐเฅเฅ€ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคฐเฅเฅ‚เคฒเฅ เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค, เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เคทเคธเคฐเฅเฅเคฟเฅ‡เคถเคฟ

15ยฐ, 30ยฐ เค”เคฐ 45ยฐ เค•เฅ‡ เคเฅเค•เคพเคต เค• เคฃ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคทเค•เค เค—เค เคนเฅˆเค‚เฅค เค‡เคธ เคทเคตเคถเฅเคฒเฅ‡เคฟเคฃ เคฐเฅเฅ‡เค‚, เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ€ เคฆเฅ€เคตเคพเคฐ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคคเคพเคชเคฐเฅเคพเคฟ

เคทเคตเคคเคฐเคฃ, เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคชเฅˆเคŸเคฟเคพ, เคฌเคกเฅ‡ เคชเฅˆเคฐเฅเคพเคฟเฅ‡ เคชเคฐ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคฆเคฐ เค”เคฐ เค†เค‰เคŸเคฟเฅ‡เคŸ เคนเคตเคพ เค•เฅ‡ เคคเคพเคชเคฐเฅเคพเคฟ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคทเคฟเคฆเฅเคฐเคชเฅ‚เคฃเคพ เคฐเฅเคพเคงเฅเคฏเคฐเฅ เค•เฅ€

เคทเคตเคทเคญเคจเฅเคจ เคŠเฅ‹เค‚เคšเคพเค‡เคฏ เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡ เคธเคพเคฅ เคœเคพเฅ‹เค‚เคš เค•เฅ€ เค—เคˆ เคนเฅˆเฅค เค•เค•เฅเคท เคฐเฅเฅ‡เค‚ 63 เคทเคฐเฅเคฐเฅเฅ€ เค”เคฐ 126 เคทเคฐเฅเคฐเฅเฅ€ เค•เฅ€ เคเคฐเคเคฐเคพ เคฐเฅเคงเฅเคฏเคฐเฅ เคฐเฅ เคŸเคพเคˆ เค•เฅ‡

เคทเคฟเค, เค‡เคธ เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคทเคตเคšเคพเคฐ เคทเค•เค เค—เค เคธเคญเฅ€ เค—เคฐเฅเฅ€ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคฐเฅเฅ‚เคฒเฅ เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค, เค•เฅเคฐเคฐเฅเคถเคƒ, เคฆเฅเคฐเคตเฅเคฏเคฐเฅเคพเคฟ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคฆเคฐ เคฟเค—เคญเค— 20% เค”เคฐ 30% เคคเค• เค•เคฐเฅ เคน เคœเคพเคคเฅ€ เคนเฅˆเฅค

เค•เฅเคทเฅˆเคทเคคเคœ เคธเคฐเฅเคคเคฟ เค•เฅ‡ เคธเฅ‹เค‚เคฌเฅ‹เค‚เคง เคฐเฅเฅ‡เค‚ 15ยฐ, 30ยฐ เค”เคฐ 60ยฐ เค•เฅ‡ เคเฅเค•เคพเคต เค•เฅ‡ เค• เคฃ เคชเคฐ เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เคชเฅเคฒเฅ‡เคŸ เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ‡

เค…เฅ‹เค‚เคฆเคฐ เค…เคถเคพเฅ‹เค‚เคค เค•เคฐเคฟเฅ‡ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคชเฅเคฐเคพเค•เฅƒเคทเคคเค• เคธเฅ‹เค‚เคตเคนเคฟ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคธเฅ‹เค‚เค•เฅเคฐเคฐเฅเคฃ เค•เคพ เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เคฐเฅ‚เคช เคธเฅ‡ เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ

เคนเฅˆเฅค เคฟเคพเคทเคฐเฅเคฟเคพ เคธเฅ‡ เค…เคถเคพเฅ‹เค‚เคค เค•เคฐเคฟเฅ‡ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคธเฅ‹เค‚เค•เฅเคฐเคฐเฅเคฃ เค• เคธเคฐเฅเคเคฟเฅ‡ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค เคฌเคกเฅ‡ เคเคกเฅ€ เคทเคธเคฐเฅเฅเคฟเฅ‡เคถเคฟ (เคเคฟเคˆเคเคธ) เค•เคพ เค‰เคชเคฏ เค— เค•เคฐเค•เฅ‡ เคเค• เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เคทเค•เคฏเคพ เค—เคฏเคพ เคนเฅˆเฅค เคธเฅ‹เค‚เค–เฅเคฏเคพเคคเฅเคฎเค• เคœเคพเฅ‹เค‚เคš เค•เคฐเคฟเฅ‡ เค•เฅ‡ เคทเคฟเค, เคเค• เคคเฅ€เคฟ

เค†เคฏเคพเคฐเฅเฅ€ เค†เคฏเคคเคพเค•เคพเคฐ เคšเฅˆเคฟเคฟ เคฐเฅเคพเคฟเคพ เคœเคพเคคเคพ เคนเฅˆเฅค เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ€ เคถเฅ€เคฟเคพ เคชเฅเคฒเฅ‡เคŸ 250 W/m2 เค•เฅ€ เคทเคฟเคฐเฅ‹เค‚เคคเคฐ เค—เคฐเฅเฅ€ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เค•เฅ€

เคจเฅเคธเฅเคฅเคทเคค เค•เฅ‡ เคธเฅ‹เค‚เคชเค•เคพ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคนเฅˆ เค”เคฐ เคฟเฅ€เคšเฅ‡ เค•เฅ€ เคฆเฅ€เคตเคพเคฐ เค• เคเคกเฅˆเคฌเฅ‡เคทเคŸเค• เคฐเฅเคพเคฟเคพ เคœเคพเคคเคพ เคนเฅˆเฅค เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ‡ เคทเค•เคฟเคพเคฐ เฅ‹เค‚ เคชเคฐ เค†เคตเคทเคงเค• เคธเฅ€เคฐเฅเคพ เค•เฅ€ เคจเฅเคธเฅเคฅเคทเคค เคฟเคพเค—เฅ‚ เคน เคคเฅ€ เคนเฅˆเฅค เค‡เคธ เค…เคงเฅเคฏเคฏเคฟ เคฐเฅเฅ‡เค‚, เคฐเฅเฅเค–เฅเคฏ เคฟ เค•เคธ เคฟเคพเคทเคฐเฅเคฟเคพ เคธเฅ‡ เคŸเคฌเฅเคพเคฟเฅ‡เค‚เคŸ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เคธเฅ‹เค‚เค•เฅเคฐเคฐเฅเคฃ เคชเคฐ เคเฅเค•เคพเคต เค•เฅ‡ เค• เคฃ เค”เคฐ เคเฅเค•เคพเคต เค•เฅ‡ เคทเคตเคทเคญเคจเฅเคจ เค• เคฃ เฅ‹เค‚ เคชเคฐ เคšเฅˆเคฟเคฟ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคฅเคฐเฅเคพเคฟ เคธเฅ€เคฐเฅเคพ เคชเคฐเคค เค•เฅ‡ เคทเคตเค•เคพเคธ เคชเคฐ เคนเฅˆเฅค เคชเคฐเคฐเคฃเคพเคฐเฅ

เค‡เฅ‹เค‚เคทเค—เคค เค•เคฐเคคเฅ‡ เคนเฅˆเค‚ เคทเค• เคตเฅ‡เค— เค”เคฐ เคฅเคฐเฅเคพเคฟ เคธเฅ€เคฐเฅเคพ เคชเคฐเคค เฅ‹เค‚ เคฆ เคฟ เฅ‹เค‚ เค•เฅ‡ เคคเฅ‡เคœเฅ€ เคธเฅ‡ เคทเคตเค•เคพเคธ เค•เฅ‡ เค•เคพเคฐเคฃ, เค•เฅเคทเฅˆเคทเคคเคœ เคทเคตเคฐเฅเคพเคฟ เค•เฅ‡ เคธเฅ‹เค‚เคฌเฅ‹เค‚เคง เคฐเฅเฅ‡เค‚ เคšเฅˆเคฟเคฟ เค•เฅ‡ เคเฅเค•เคพเคต เค•เฅ‡ เคทเคฟเคšเคฟเฅ‡ เค• เคฃ เคชเคฐ เคชเฅเคฐเคพเคฐเฅ‹เค‚เคทเคญเค• เคธเฅ‹เค‚เค•เฅเคฐเคฐเฅเคฃ เคน เคคเคพ เคนเฅˆเฅค เคทเคตเคทเคญเคจเฅเคจ เค•เฅเคฐเฅ‰เคธ เคธเฅ‡เค•เฅเคถเคฟ เคชเคฐ เคชเฅเคฐเคพเคชเฅเคค เคคเคพเคชเคฐเฅเคพเคฟ

เคทเคตเคคเคฐเคฃ เคฌเคคเคพเคคเฅ‡ เคนเฅˆเค‚ เคทเค• เคชเฅเคฐเคตเคพเคน เค•เฅ‡ เคชเฅเคฐเคพเคฐเฅ‹เค‚เคทเคญเค• เคšเคฐเคฃ เคฐเฅเฅ‡เค‚ เค…เคชเฅ‡เค•เฅเคทเคพเค•เฅƒเคค เคเฅเค•เคพเคต เค•เฅ‡ เคทเคฟเคšเคฟเฅ‡ เค• เคฃ เคชเคฐ เคฐเฅเคœเคฌเฅ‚เคค เคทเคฐเฅเคถเฅเคฐเคฃ เคน เคคเคพ เคนเฅˆเฅค

(14)

vi

Contents

Certificate

Acknowledgments i

Abstract ii

Contents vi

List of Figures x

List of Tables xvi

Nomenclature xvii

Chapter 1 Introduction 1 1.1 Introduction 1 1.2 Applications of Solar Air Heaters (SAHs) 3 1.3 Motivation 3

1.4 Organization of the Thesis 4

Chapter 2 Literature Survey 6 2.1 Introduction 6

2.2 Natural Convection in Rectangular Channel 6 2.3 Natural Convection in Inclined Channel with Fins 15 2.4 Effect of Flow Resistance on the Performance of a Passive Solar Air Heater 22 2.5 Study of Flow Regimes in the Parallel Plate Channel 26

2.6 Research Gap 32

2.7 Objectives of Present Work 33 Chapter 3 Research Methodology 35

3.1 Experimental Study 35

3.1.1 Experimental Set-up 35 3.1.2 Analysis of the Experimental Parameters and Uncertainty Analysis 39

3.2 Numerical Methodology 41

3.2.1 Governing Equations 41

3.2.2 Turbulence Modelling 42

(15)

vii

3.2.3 Numerical Method 44

3.2.4 Large Eddy Simulation (LES) Model 45

3.2.5 Solution Methodology for LES Model 47

3.3 Summary 48

Chapter 4 Effect of Atmospheric Wind on Natural Convection Based Solar Air Heaters 49

4.1 Introduction 49 4.2 Problem Statement and Computational Domain 50 4.3 Boundary Conditions 52 4.4 Grid Independent Study for Numerical Model 54 4.5 Validation of Numerical Model 57 4.6 Results and Discussion 59 4.6.1 Natural Convection (No Atmospheric Wind โ€“ Still Air) 59

4.6.2 Effect of Cross Wind Velocity on Natural Convection Based Solar Air Heater 61

4.6.3 Effect of Direction of the Wind 67 4.6.4 Combined Effect of Atmospheric Wind Direction and the Various Angle of Inclined Channel 70

4.7 Summary 77 Chapter 5 Optimum Arrangement of Fins in a Free Convection Based Solar air Heater 75

5.1 Introduction 75 5.2 Problem Description, Modelling Assumption and Computational Domain 76 5.3 Boundary Condition 79

5.4 Grid Independence Study 80

5.5 Validation of the Computational Model 83

5.6 Result and Discussion 85

5.6.1 Effect of Longitudinal Fins on Heat Transfer and Fluid Flow 85 5.6.2 Effect of Fins Height on Local Surface Temperature Distribution and Outlet Air Temperature 88

5.6.3 Comparison of Surface Temperature in Case of In-line and Staggered Arrangements of Fins 90

(16)

viii

5.6.4 Variation of Surface Temperature Distribution on Changing the Fin

Length 91

5.6.5 Performance of Staggered Configuration of Fins in Comparison to Long

Uninterrupted Fins 94

5.7 Summary 96

Chapter 6 Investigation of the Effect of Porous Material on the Flow and Temperature Patterns of a Passive Solar Air heater 98

6.1 Introduction 98

6.2 Problem Description 98

6.3 Computational Domain Used for the Numerical Study 99

6.4 Description of the Boundary Conditions 100

6.5 Grid Independence Analysis 101

6.6 Results and Discussion 103

6.6.1 Comparison of Experimental Data with Numerical Results 103 6.6.2 Flow Pattern and Air Heater Temperature Variation 106 6.6.3 Effect on Mass Flow Rate and Exit Air Temperature 109 6.6.4 Analysis of the Nusselt Number Distribution 111

6.7 Summary 113

Chapter 7 Large Eddy Simulation of Natural Convection Flow in Inclined Parallel Plate Channel 115

7.1 Introduction 115

7.2 Problem Description, Geometric Configuration and Computational Domain 116 7.3 Boundary Conditions 117 7.4 Grid Resolution Assessment 118

7.5 Validation of Numerical Model 120

7.6 Results and Discussion 121

7.6.1 Turbulent Velocity Fluctuations 121 7.6.2 Investigation on the Formation of the Boundary Layer 124 7.6.3 The Variation of Nusselt Number with Change in Angle of Inclination 127 7.6.4 Analysis of Energy Spectrum 128 7.6.5 Analysis of Q Criterion 132

7.7 Summary 134

(17)

ix

Chapter 8 Conclusions and Future Work 137

8.1 Introduction 137

8.2 Major Conclusions 138

8.3 Suggestion for Future Work 140

References 141

Publications 156

Bio-Data 157

(18)

x

List of Figures

Fig. 1.1 Conventional solar air heater (Bhushan and Singh, 2010) 2 Fig. 2.1 Vertical parallel plate channel with bell mouth shape entrance (Katoh et al.,

1991).

8

Fig. 2.2 Comparison of numerical and experimental wall temperature distributions along the heated vertical wall (Fedorov and Viskanta, 1997).

9

Fig. 2.3 Effect of angle of inclination and Rayleigh number on the Nusselt number distribution with non-dimensional plate spacing (Baskaya et al., 1999).

10

Fig. 2.4 Schematic diagram of solar air heater with sinusoidal wave like absorber plate and a top flat glass cover (Gao et al., 2000).

11

Fig. 2.5 Comparison of normalized vertical velocity for different turbulent model at (a) y/L = 0.77 (b) y/L = 0.53 from the channel inlet (Ben-Mansour et al., 2007).

13

Fig. 2.6 Comparison of normalized temperature for different turbulent model at (a) y/L

= 0.77 (b) y/L = 0.53 from the channel inlet (Ben-Mansour et al., 2007).

13

Fig. 2.7 Fin-array configuration on flat surface studied by Starner and McManus (1963).

16

Fig. 2.8 Schematic diagram of fin array configuration and chosen computational domain (Baskaya et al., 2000).

18

Fig. 2.9 Schematic diagram of the vertically placed fins on the flat plate, (a) continuous rectangular fins (b) interrupted rectangular fin (Ahmadi et al., 2014).

20

Fig. 2.10 Considered geometry for the investigation in Hosseini et al. (2017). 21 Fig. 2.11 Schematic view of the air heater with storage material (Aboul-Enein et al.,

2000). 23 Fig. 2.12 Schematic diagram of indirect type natural convection air heater with storage

material (El-Sebaii et al., 2002).

24

Fig. 2.13 Schematic diagram of natural convection based solar dryer studied by (Pangavhane et al., 2002).

25

Fig. 2.14 Variation of temperature along the channel length at different angle of inclinations (Lau et al., 2012).

28

Fig. 2.15 Computational domain with non-uniformly heated open-ended channel for (a) vertical and (b) inclined channel (Li et al., 2015).

29

(19)

xi

Fig. 2.16 Q criterion shown at value of 0.1 coloured by vorticity in z direction in the region of transition to developed region for parallel plates (Kogawa, 2016).

31

Fig. 3.1 Schematic of the experimental set-up with resistance at the exit of the channel. 36

Fig 3.2 Channel cut section. 37

Fig. 3.3 Images of the experimental set-up for the flow resistance at the exit of the channel (a) experimental set-up (b) stainless steel foil on the absorber plate (c) absorber plate coated with black paint (d) wire mesh of drying chamber and (e) glass balls.

38

Fig. 3.4 Thermocouple positions in both top and bottom plates. 39 Fig. 4.1 A natural convection based air heater for solar energy applications (a)

The geometry and the coordinate system considered for the numerical investigation (b) crosswind over the air heater (c) Axial direction of atmospheric wind (d) diagonal flow of the atmospheric wind (e) computational domain considered in the numerical simulation for accounting external wind.

51

Fig. 4.2 Typical computational mesh used in present study (a) a 3D view of discretized domain (b) mesh pattern in the X-Y plan at the mid of the channel.

55

Fig. 4.3 Results of grid independence study - heat flux ๐’’โ€ฒโ€ฒ = 500 W/m2 (GrL = 5.20 ร— 1013) and the inclination angle (๐œฝ) of 30ยฐ (a) temperature along the midline of the top wall (b) Variation of local Nusselt number along the midline of the top wall.

56

Fig. 4.4 Validation of the present numerical model (a) the variation of mean surface temperature along the heated wall of inclined channel with the angle of 30ยฐ - experimental and numerical data of Lau et al. (2012) and the present numerical results (b) comparison of the temperature variation across the channel width obtained from the present numerical results with those of Cheng and Muller (1998).

58

Fig. 4.5 Natural convection in a channel for the angle of inclination of 30ยฐ and the heat flux of 500 W/m2 at the top wall. (a) Streamlines pattern in the channel (b) Temperature distribution over the top wall (c) Temperature distribution over the bottom wall of the channel (d) Temperature

60

(20)

xii

distribution of air at the mid plane of the channel along the flow direction.

Fig. 4.6 The effect of crosswind on heat transfer for the angle of inclination of the channel,๏ฑ = 30ยฐ, heat flux, ๐’’โ€ฒโ€ฒ = 500 W/m2 (GrL = 5.20 ร—1013) and the crosswind velocity, Vwind = 0.2 m/s (left), 0.6 m/s (centre), and 1.0 m/s (right).

(a)-(c) streamline patterns (d)-(f) temperature distributions obtained over the top wall (g)-(i) temperature distribution over bottom wall of the channel.

62

Fig. 4.7 The variation of surface temperature of the heated plate for various crosswind velocity for the angle of inclination of the channel of 30ยฐ

and the heat flux of 500 W/m2 (GrL = 5.20 ร— 1013).

63

Fig. 4.8 Variation of the mass flow rate and the outlet air temperature at different cross wind velocity (a) mass flow rate and (b) outlet air temperature.

64

Fig. 4.9 Comparison of the mean surface temperature along the length of the top wall and the bottom wall of the channel for different angle of inclination at the fixed heat flux (Grashof number-GrL) for 0.6 m/s crosswind velocity.

66

Fig. 4.10 Effect of the angle of inclination on mass flow rate and bulk mean temperature of air at ๐‘žโ€ฒโ€ฒ = 500 W/m2 (a) variation of mass flow rate (b) variation of outlet bulk mean temperature.

67

Fig. 4.11 Effect of the direction of atmospheric flow on the top and bottom walls of the channel for the angle of inclination (๏ฑ) of 45ยฐ, the crosswind velocity of 0.6 m/s and the heat flux of 500 W/m2 (GrL= 5.20 X 1013) (a) natural convection (b) axial direction flow (c) cross flow and (d) diagonal direction flow.

69

Fig. 4.12 Effect of the angle of inclination on mass flow rate and bulk mean temperature of air at ๐‘žโ€ฒโ€ฒ = 500 W/m2 (a) variation of mass flow rate (b) variation of outlet bulk mean temperature.

72

Fig. 5.1 Schematic of solar air heater (a) Solar air heater with glass plate considering heat losses to the ambient (b) solar air heater without glass plate neglecting all heat losses.

77

Fig. 5.2 A natural convection based air heater and different fin configurations (a) adopted geometry for the numerical study (b) longitudinal fin array

78

(21)

xiii

(c) in-line interrupted fin configuration (d) staggered interrupted fin configuration (e) computational domain.

Fig. 5.3 Comparison of results at different grid sizes (a) Variation of velocity along the centreline of the outlet (b) Variation of temperature at the centreline along the length of the top wall.

82

Fig. 5.4 (a) Typical 3 D computational mesh used in present study and mesh pattern in the X-Y plan at the mid of the channel (b) mess pattern near the fin in longitudinal case.

82

Fig. 5.5 Model validation (a) comparison of the temperature rise of the top heated plate of the inclined channel with the Lau et al. (2012a), (b) comparison of surface temperature rise of the heated wall of the vertical channel obtained from the present study with the experimental data of Katoh et al. (1991).

84

Fig. 5.6 Line average (spanwise) temperature distribution of top heated plate and bottom plate along the channel length for different number of fins for 750 W/m2 of heat flux and different angle of inclination (a) โ€“ (b) 15ยฐ, (c) โ€“ (d) 30ยฐ, and (e) โ€“ (f) 45ยฐ.

86

Fig. 5.7 Temperature contours at the (a-f) top heated plate and (g-l) bottom plate for different numbers of longitudinal fins for 30ยฐ inclination angle and 750 W/m2 of heat flux.

87

Fig. 5.8 Variation of span-wise average temperature of the top heated plate along the channel length at different fin height for 12 longitudinal fins across the width for different orientation of the channel and heat flux value (a) 15ยบ and 750 W/m2 (b) 30ยบ and 750 W/m2 (c) 45ยบ and 750 W/m2 (d) 30ยบ and 250 W/m2 and (e) 30ยบ and 500 W/m2.

89

Fig. 5.9 Comparison of top heated surface temperature in case of in-line and staggered fin arrangement.

91

Fig. 5.10 Velocity contours at the mid plane (0.5 Hfin) of the air heater for the staggered arrangement and different fin length for the spacing between the fins of 8.75 cm.

92

Fig. 5.11 Line average (span-wise) temperature profile of the top heated surface along the length of the channel for different fin length.

94

(22)

xiv

Fig. 5.12 Comparison of staggered fin arrangement with uninterrupted fin arrangement.

96

Fig. 6.1 Computational domain taken into consideration in the numerical studies.

100

Fig. 6.2 Grid independence study for the numerical model (a) Variation of top plate temperature along the length of the channel (b) change in the velocity at the centerline of the exit of the rectangular channel.

102

Fig. 6.3 Comparison of the temperatures distributions of the channel walls obtained from numerical simulations and experiments for the angle of inclination ฮธ of 30ยฐ (a) โ€“ (c) top plate and (d) โ€“ (f) Bottom plate.

105

Fig. 6.4 Streamlines patterns for the case of 30ยฐ of the inclination angle and

500 W/m2 of heat flux value (a) hp = 0 (no porous material), (b) hp = 126 mm.

106

Fig. 6.5 Temperature distribution along the heated plate with different porous conditions for ๐‘žโ€ฒโ€ฒ = 500 W/m2 at various angles of inclination, ฮธ obtained from the numerical study (a) ฮธ = 15ยฐ, (b) ฮธ = 30ยฐ and (c) ฮธ = 45ยฐ.

107

Fig. 6.6 Temperature distribution of the top plate at different porous conditions for ฮธ = 15ยฐ and ๐‘žโ€ฒโ€ฒ = 750 W/m2 obtained from the numerical study (a) hp = 0 (no porous material), (b) hp = 63 mm and (c) hp = 126 mm.

108

Fig. 6.7 The change in the mass flow rate at different angles of inclination with different porous conditions obtained from the numerical study (a) ฮธ

= 15ยฐ, (b) ฮธ = 30ยฐ and (c) ฮธ = 45ยฐ.

110

Fig. 6.8 The change in the outlet bulk mean temperature at different angles of inclination with different porous conditions (a) ฮธ = 15ยฐ, (b) ฮธ = 30ยฐ and (c) ฮธ = 45ยฐ.

111

Fig. 6.9 The Nusselt number distribution of the top heated plate for different porous conditions at ๐‘žโ€ฒโ€ฒ = 500 W/m2 (a) ฮธ = 15ยฐ, (b) ฮธ = 30ยฐ, (c) ฮธ = 45ยฐ and (d) comparison of experimental and numerical results for ฮธ = 30ยฐ and hp = 63 mm.

112

Fig. 7.1 Natural convection between parallel plates (a) physical geometry (b) computational domain adopted for the LES

117

(23)

xv

Fig. 7.2 (a) A typical computational grid used to perform the LES in the inclined parallel plate channel. Close-up view of the mesh for (b) periodic section of the channel and (c) top (also bottom) wall.

118

Fig. 7.3 Variation of the grid spacing to the Kolmogorov length ratio at y/L=

0.5 for the parallel plate channel.

119

Fig. 7.4 Variation of the mean velocity near upper wall compared with the numerical results of Kim et al. (1987) and the experimental data of Eckelmann (1974).

121

Fig. 7.5 The variations of time averaged rms velocity components at the midline of the channel along the length at different angle of inclinations (a) streamwise component (b) normal component and (c) spanwise component.

123

Fig. 7.6 Contours plots of streamwise rms velocity components (vrms) for different angle of inclinations (a) 15ยฐ, (b) 30ยฐ, and (c) 60ยฐ.

124

Fig. 7.7 The contours of thermal boundary layers at different position of the channel in the streamwise direction (a) position of the chosen planes, (b) ฮธ = 15o, (c) ฮธ = 30o, (d) ฮธ = 60o.

126

Fig. 7.8 The time averaged Nusselt number distributions over the heated plate for the inclination angles of 15ยฐ, 30ยฐ and 60ยฐ along the channel length at the midline of the channel (z/w = 0.5).

128

Fig. 7.9 Position of the probes used for the measurement of the time signal velocity data.

129 Fig. 7.10 The time signals of instantaneous velocity at different locations (a)

center of the channel (b) close to the heated wall.

129

Fig. 7.11 The power spectral density of the three velocity components at (a) location 5, (b) location 6, (c) location 11 and (d) location 12.

131

Fig. 7.12 Auto-correlations function over a time period of 12 sec for three velocity components at (a) location 5, (b) location 6, (c) location 11 and (d) location 12 for parallel plate channel.

132

Fig. 7.13 Iso surface of Q criterion, colored with mean Y velocity for different angle of inclinations (a) ฮธ = 15o, (b) ฮธ = 30o and (c) ฮธ = 60o.

134

(24)

xvi

List of Tables

Table 3.1 Uncertainties of the measured parameters. 41

Table 4.1 Details of the parameters considered in the study. 52 Table 5.1 Number of cells used for grid sensitivity analysis. 81 Table 5.2 Outlet air temperature at different fin height. 90 Table 5.3 Details of the fin geometry with equal fin material. 92

(25)

xvii

Nomenclature

A Area (mm2)

๐ถ1๏ฅ,C2,๐ถ3๏ฅ Empirical constants in ๐‘˜ โˆ’ ๐œ€ turbulence model ๐ท๐‘ƒ Mean particle (glass ball) diameter, mm Fij View factor from ith element to the jth element g Gravitational acceleration, m/s2

GrL Grashof number based on channel length

havg Average convective heat transfer coefficient, W/m2K

hp Porous material thickness, mm

Hfin Fin height, mm

I Fin interruption length, mm

๐ฝ Radiosity, W/m2

k Turbulent kinetic energy, m2/s2

kf Thermal conductivity of the fluid, W/mK

L Length of the channel, mm

W Width of the channel, mm

H Height of the channel, mm

l Length of the extended domain, mm

w Width of the extended domain, mm

h Height of the extended domain, mm

๐‘๐‘ข๐‘ฅ๐‘– Local Nusselt number

NuL Average Nusselt number

P Pressure, N/m2

(26)

xviii

Pr Prandtl number

๐‘žโ€ฒโ€ฒ Heat flux over the heated plate, W/m2

Ra Rayleigh number

Ra* Modified Rayleigh number

S Fin spacing, mm

T Temperature, K

Ta Ambient temperature, K

Tin Inlet air temperature, K

Tw Surface temperature of heated wall, K ๐‘‡โ€ฒ Fluctuating component of temperature, K ๐‘ขฬ…๐‘– Mean velocity component in ๐‘ฅ๐‘– direction, m/s ๐‘ขโ€ฒ๐‘– Fluctuating velocity component in ๐‘ฅ๐‘– direction, m/s

Vwind Wind velocity, m/s

x, y, z Cartesian coordinates

y+ Non dimensional wall coordinate, y ๏ดw ๏ฒ ๏ฎ Greek symbols

ฮฒ Thermal expansion coefficient, K-1

ยต dynamic viscosity, Pa-s

ฯ Mass density of air, kg/m3

๐œ‡๐‘ก Eddy viscosity, Ns/m2

ฯ„ wall shear stress, Pa

ฮต Emissivity of the channel walls

ฯƒk , ฯƒฮต Empirical model constant used in turbulent kinetic energy and turbulent dissipation equation

(27)

xix

ฯ„ij Reynolds stress tensor

j iu

๏ดu , uT

๏ด j Subgrid scale stress tensors

ฮฝ Kinematic viscosity, m2/s

๐œƒ Channel inclination from horizontal, degree (ยฐ)

๐œŽ๐‘ก Turbulent Prandtl number

ฯ• Porosity of the packed bed

๏—ij rotation rate tensor

๏ฆ scalar quantity

๏„ Filter width in LES model

๏„t Time increment, s

Subscripts

avg average

Conv Convection

rad Radiation

๐‘“ Fluid

๐‘ค wall

mean mean flow

SGS Subgrid scale

References

Related documents

INDEPENDENT MONITORING BOARD | RECOMMENDED ACTION.. Rationale: Repeatedly, in field surveys, from front-line polio workers, and in meeting after meeting, it has become clear that

Evacuated tube collector use solar energy to heat the fluid inside the tube through absorption of radiation, but reduce the loss of heat to atmosphere due to vacuum inside the

Angola Benin Burkina Faso Burundi Central African Republic Chad Comoros Democratic Republic of the Congo Djibouti Eritrea Ethiopia Gambia Guinea Guinea-Bissau Haiti Lesotho

C., 2002, Heat transfer coefficient and friction factor correlations for rectangular solar air heater duct having transverse wedge shaped rib roughness on

[70] in early 90โ€™s proposed a multi-level indexing approach for ๏ฌngerprint database which uni๏ฌes the features such as pattern class and ridge density at higher level with

The aim of this study was to analyse in as much detail as possible, theoretically, two pass solar air heater and to compare its performance with possible configurations

Abstract--The objective of this work is to assess the combined effects of fixed pressure drop and specific air mass flow rate on duct dimensions (length and depth)

"Solar Agricultural Drying: Integrated Rock Bed Collector Cum Storage System", Solar Energy Laboratory XII, Center for Energy Studies, IIT, Delhi, Report No. "Year