A Simulation Based Study on the Effect of Metallic and Non-metallic Nano-particles on the Performance of Parabolic Trough Concentrator
Un estudio basado en simulación sobre el efecto de nanopartículas metálicas y no metálicas en el rendimiento del concentrador cilindroparabólico
Um estudo baseado em simulação sobre o efeito de nanopartículas metálicas e não metálicas no desempenho do concentrador de calha parabólica
| 2023 | |
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Concentrador cilindroparabólico Nanopartículas metálicas Nanopartículas no metálicas Nanofluidos a base de agua Mejora de la transferencia de calor Parabolic trough concentrator Metallic nanoparticles Non-metallic nanoparticles Water-based nanofluids Heat transfer enhancement Concentrador de calha parabólica Nanopartículas metálicas Nanopartículas não metálicas Nanofluidos à base de água |
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| Español | |
| Universidad de Montevideo | |
| REDUM | |
| http://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/1197 | |
| Acceso abierto | |
| Atribución 4.0 Internacional |
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| author | Asif Ali, Muhammad |
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| dc.date.none.fl_str_mv | 2023-12-22 |
| dc.description.en-US.fl_txt_mv | This research investigates the simulation-based performance of metallic and non-metallic nanoparticles, along with water-based heat transfer fluids, used in parabolic trough concentrator. Its main goal is to analyze the performance enhancement of the concentrator, divided into two phases. The first phase focuses on validating the experimental setup using computational fluid dynamics through ANSYS software. The same validated simulation model is then utilized to assess the performance of solar parabolic trough concentrator with different metallic and non-metallic, plus water-based nanofluids. The study utilizes water alone, along with copper, gold, and silver, and two non-metallic nanoparticles, alumina oxide, and copper oxide, in varying volumetric concentrations from 1% to 3%. The simulation analysis, conducted at a speed of 0.12 m/s, reveals that the highest average temperature increase is observed in the case of alumina + water-based nanofluid at 3% volumetric concentration, with a maximum average heat transfer of 351.89 watts. Additionally, the silver + water-based nanofluid demonstrates the highest average value of the coefficient of convective heat transfer at 88055.5 W/(m2 K). The gold + water-based nanofluid shows a higher average value of the Reynolds Number at 4352.268, while the maximum Nusselt number is observed with alumina oxide + water-based nanofluid, measuring 1.7698. |
| dc.description.es-ES.fl_txt_mv | Esta investigación investiga el rendimiento basado en simulación de nanopartículas metálicas y no metálicas, junto con fluidos de transferencia de calor a base de agua, utilizados en concentradores cilindroparabólicos. Su principal objetivo es analizar la mejora del rendimiento del concentrador, dividido en dos fases. La primera fase se centra en validar la configuración experimental utilizando dinámica de fluidos computacional a través del software ANSYS. Luego se utiliza el mismo modelo de simulación validado para evaluar el rendimiento del concentrador cilindroparabólico solar con diferentes nanofluidos metálicos y no metálicos, además de a base de agua. El estudio utiliza agua sola, junto con cobre, oro y plata, y dos nanopartículas no metálicas, óxido de alúmina y óxido de cobre, en concentraciones volumétricas variables del 1% al 3%. El análisis de simulación, realizado a una velocidad de 0,12 m/s, revela que el mayor aumento de temperatura promedio se observa en el caso de alúmina + nanofluido a base de agua al 3% de concentración volumétrica, con una transferencia de calor promedio máxima de 351,89 vatios. Además, el nanofluido a base de plata + agua demuestra el valor promedio más alto del coeficiente de transferencia de calor por convección con 88055,5 W/(m2 K). El nanofluido de oro + agua muestra un valor promedio más alto del número de Reynolds con 4352,268, mientras que el número de Nusselt máximo se observa con óxido de alúmina + nanofluido de agua, que mide 1,7698. |
| dc.description.pt-BR.fl_txt_mv | Esta pesquisa investiga o desempenho baseado em simulação de nanopartículas metálicas e não metálicas, juntamente com fluidos de transferência de calor à base de água, utilizados em concentradores de calha parabólica. Seu principal objetivo é analisar a melhoria de desempenho do concentrador, dividido em duas fases. A primeira fase concentra-se na validação da configuração experimental utilizando dinâmica de fluidos computacional através do software ANSYS. O mesmo modelo de simulação validado é então utilizado para avaliar o desempenho do concentrador solar parabólico com diferentes nanofluidos metálicos e não metálicos, além de nanofluidos à base de água. O estudo utiliza apenas água, juntamente com cobre, ouro e prata, e duas nanopartículas não metálicas, óxido de alumina e óxido de cobre, em concentrações volumétricas variadas de 1% a 3%. A análise de simulação, realizada a uma velocidade de 0,12 m/s, revela que o maior aumento médio de temperatura é observado no caso do nanofluido à base de alumina + água na concentração volumétrica de 3%, com transferência de calor média máxima de 351,89 watts. Além disso, o nanofluido à base de prata + água demonstra o maior valor médio do coeficiente de transferência de calor convectivo em 88.055,5 W/(m2 K). O nanofluido à base de ouro + água apresenta um valor médio mais elevado do Número de Reynolds em 4352,268, enquanto o número máximo de Nusselt é observado com óxido de alumina + nanofluido à base de água, medindo 1,7698. |
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The simulation analysis, conducted at a speed of 0.12 m/s, reveals that the highest average temperature increase is observed in the case of alumina + water-based nanofluid at 3% volumetric concentration, with a maximum average heat transfer of 351.89 watts. Additionally, the silver + water-based nanofluid demonstrates the highest average value of the coefficient of convective heat transfer at 88055.5 W/(m2 K). The gold + water-based nanofluid shows a higher average value of the Reynolds Number at 4352.268, while the maximum Nusselt number is observed with alumina oxide + water-based nanofluid, measuring 1.7698.Esta investigación investiga el rendimiento basado en simulación de nanopartículas metálicas y no metálicas, junto con fluidos de transferencia de calor a base de agua, utilizados en concentradores cilindroparabólicos. Su principal objetivo es analizar la mejora del rendimiento del concentrador, dividido en dos fases. La primera fase se centra en validar la configuración experimental utilizando dinámica de fluidos computacional a través del software ANSYS. Luego se utiliza el mismo modelo de simulación validado para evaluar el rendimiento del concentrador cilindroparabólico solar con diferentes nanofluidos metálicos y no metálicos, además de a base de agua. El estudio utiliza agua sola, junto con cobre, oro y plata, y dos nanopartículas no metálicas, óxido de alúmina y óxido de cobre, en concentraciones volumétricas variables del 1% al 3%. El análisis de simulación, realizado a una velocidad de 0,12 m/s, revela que el mayor aumento de temperatura promedio se observa en el caso de alúmina + nanofluido a base de agua al 3% de concentración volumétrica, con una transferencia de calor promedio máxima de 351,89 vatios. Además, el nanofluido a base de plata + agua demuestra el valor promedio más alto del coeficiente de transferencia de calor por convección con 88055,5 W/(m2 K). El nanofluido de oro + agua muestra un valor promedio más alto del número de Reynolds con 4352,268, mientras que el número de Nusselt máximo se observa con óxido de alúmina + nanofluido de agua, que mide 1,7698.Esta pesquisa investiga o desempenho baseado em simulação de nanopartículas metálicas e não metálicas, juntamente com fluidos de transferência de calor à base de água, utilizados em concentradores de calha parabólica. Seu principal objetivo é analisar a melhoria de desempenho do concentrador, dividido em duas fases. A primeira fase concentra-se na validação da configuração experimental utilizando dinâmica de fluidos computacional através do software ANSYS. O mesmo modelo de simulação validado é então utilizado para avaliar o desempenho do concentrador solar parabólico com diferentes nanofluidos metálicos e não metálicos, além de nanofluidos à base de água. O estudo utiliza apenas água, juntamente com cobre, ouro e prata, e duas nanopartículas não metálicas, óxido de alumina e óxido de cobre, em concentrações volumétricas variadas de 1% a 3%. A análise de simulação, realizada a uma velocidade de 0,12 m/s, revela que o maior aumento médio de temperatura é observado no caso do nanofluido à base de alumina + água na concentração volumétrica de 3%, com transferência de calor média máxima de 351,89 watts. Além disso, o nanofluido à base de prata + água demonstra o maior valor médio do coeficiente de transferência de calor convectivo em 88.055,5 W/(m2 K). O nanofluido à base de ouro + água apresenta um valor médio mais elevado do Número de Reynolds em 4352,268, enquanto o número máximo de Nusselt é observado com óxido de alumina + nanofluido à base de água, medindo 1,7698.application/pdfapplication/epub+zipspaUniversidad de Montevideohttp://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/1197/1554http://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/1197/1568Derechos de autor 2023 Muhammad Asif Ali, Muhammad Uzairhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución 4.0 InternacionalMemoria Investigaciones en Ingeniería; No. 25 (2023); 172-196Memoria Investigaciones en Ingeniería; Núm. 25 (2023); 172-196Memoria Investigaciones en Ingenieria; n. 25 (2023); 172-1962301-11062301-109210.36561/ING.25reponame:REDUMinstname:Universidad de Montevideoinstacron:Universidad de MontevideoConcentrador cilindroparabólicoNanopartículas metálicasNanopartículas no metálicasNanofluidos a base de aguaMejora de la transferencia de calorParabolic trough concentratorMetallic nanoparticlesNon-metallic nanoparticlesWater-based nanofluidsHeat transfer enhancementConcentrador de calha parabólicaNanopartículas metálicasNanopartículas não metálicasNanofluidos à base de águaA Simulation Based Study on the Effect of Metallic and Non-metallic Nano-particles on the Performance of Parabolic Trough ConcentratorUn estudio basado en simulación sobre el efecto de nanopartículas metálicas y no metálicas en el rendimiento del concentrador cilindroparabólicoUm estudo baseado em simulação sobre o efeito de nanopartículas metálicas e não metálicas no desempenho do concentrador de calha parabólicainfo:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionPeer reviewed articlesArtículos evaluados por paresArtigos revistos por parespublishedVersioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersion20.500.12806/26002024-07-17 09:54:08.937oai:redum.um.edu.uy:20.500.12806/2600Universidadhttps://um.edu.uy/https://redum.um.edu.uy/oai/requestnolascoaga@um.edu.uyUruguayopendoar:105012024-07-17T12:54:08REDUM - Universidad de Montevideofalse |
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