طراحی، ساخت و بررسی تجربی عملکرد اجاق خورشیدی سهموی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 6، دوره 36، شماره 1 - شماره پیاپی 35، اردیبهشت 1403، صفحه 93-106   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2023.82768.1190

نویسندگان

ناصر بهارلو هوره^{* 1}؛ علی صادقی²؛ سعید گلشادی³

¹گروه حرارت، سیالات و تأسیسات، دانشکده مکانیک دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران،

²گروه حرارت، سیالات و تأسیسات، دانشکده مکانیک دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران.

³دانشکده شهید مهاجر، دانشگاه فنی و حرفه‌ای استان اصفهان، ایران

چکیده

با توجه به فراوانی و رایگان بودن انرژی خورشیدی در کشور و مشکلات گازرسانی، اجاق خورشیدی جایگزین بسیار مناسبی جهت پخت غذا به شمار می‌رود. در این مقاله، یک دستگاه اجاق خورشیدی سهموی طراحی، ساخته و آزمایش شد. تجهیزات مورد استفاده در ساخت، شامل دیش سهموی شکل آهنی، آیینه‌ها به منظور بازتاب نور روی نقطه کانونی، قوطی و تسمه آهنی به منظور ساخت فک و پایه نگهدارنده می‌باشد. ازجمله نوآوری دستگاه حاضر می‌توان به استفاده از مواد ارزان‌قیمت، قابلیت بالای ارتقاء و تعمیر، کاربری ساده و استفاده آموزشی و قابلیت تغییر زاویه در هر سه بعد مختصات مکانی اشاره کرد. جهت اطمینان از دقت نتایج، نمودار تکرارپذیری ارائه گردیده و آنالیز عدم قطعیت برای همه پارامترها محاسبه شده‌است. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد ظرف با مقدار آب 5/0 لیتر در مدت‌زمان 20 دقیقه به جوش می‌آید و با مقدار آب 1٫5 لیتر در این مدت‌زمان به دمای 82 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. با مقایسه ظرف آلومینیومی و ظرف مسی نتیجه می‌شود در مدت‌زمان 30 دقیقه دمای آب در ظرف مسی به 86 درجه و در ظرف آلومینیومی به 76 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. در آزمایش دیگری ظرف آلومینیومی به شکل دودی (مشکی) بررسی شد که مطابق آزمایش، آب در ظرف دودی در مدت‌زمان 25 دقیقه به جوش می‌آید. مطابق تحلیل ترمودینامیکی که برای محاسبه بازده انرژی در همه آزمایش‌ها انجام پذیرفت، ظرف مسی متوسط با درب بسته با بازده 52/18 درصد و ظرف مسی کوچک با درب بسته با بازده 17 درصد، به ترتیب رتبه اول و دوم را دارا هستند.

کلیدواژه‌ها

انرژی خورشیدی؛ اجاق خورشیدی سهموی؛ جوش آمدن آب؛ بازده انرژی؛ ساخت و آزمایش

مراجع

[1]   U. C. Arunachala and A. Kundapur, “Cost-effective solar cookers: A global review,” Sol. Energy, vol. 207, pp. 903-916, (2020)

[2]   M. Hosseinzadeh, S. Alizadeh Momen, S. M. Mirzababaee, H. Zamani and A. Kianifar, “Experimental Investigation of Indoor Cooking Using an Indirect Solar Cooker Integrated with Heat Storage Materials,” Journal of Solid and Fluid Mechanics, vol. 11, no. 3, pp. 207-219, (2021).

[3]   M. Hosseinzadeh, S. M. Mirzababaee and H. Zamani, “Thermodynamic Analysis of an Evacuated Tube Solar Cooker under Different Operating Conditions,” Journal of Solid and Fluid Mechanics, vol. 11, no. 5, pp. 259-268, (2021).

[4]   S. M. M. Ahmed, M. R. Al-Amin, S. Ahammed, F. Ahmed, A. M.Saleque and M. Abdur Rahman, “Design, construction and testing of parabolic solar cooker for rural households and refugee camp,” Sol. Energy, vol. 205, pp. 230-240, (2020).

[5]   R. V. P.Neto, L. G. M.de Souza, J. C.de Lima, L. G. V. M. de Souza and E. V.Mendes, “Theoretical-experimental study of a box-type solar oven made from disused recyclable elements,” Sol. Energy, vol. 230, pp. 732-746, (2021).

[6] R. Senthil, “Enhancement of productivity of parabolic dish solar cooker using integrated phase change material,” Materials Today: Proceedings, vol. 34, pp. 386-388, (2021).

[7]   M. A. Tawfik, A. A. Sagade, R. Palma-Behnke, H. M. El-Shal and W. E. Abd Allah, “Solar cooker with tracking-type bottom reflector: An experimental thermal performance evaluation of a new design,” Sol. Energy, vol. 220, pp. 295-315, (2021)

[8]   G. Coccia, A. Aquilanti, S.Tomassetti, A. Ishibashi and G.Di Nicola, “Design, manufacture and test of a low-cost solar cooker with high-performance light-concentrating lens,” Sol. Energy, vol. 224, pp. 1028-1039, (2021).

[9] N. El Moussaoui, S. Tabli, I. Atmane, Kh. Kassmi, K. Schwarzer, H. Chayeb and N. Bachiri “Feasibility of a new design of a Parabolic Trough Solar Thermal Cooker (PSTC),” Sol. Energy, vol. 201, pp. 866-871, (2020).

[10] H. Khorasanizadeh, M. Sabzpooshani and S. Nazari, “Design, Manufacture and Testing a Solar Bread Cooker with Concentrator,” Modares Mechanical Engineering, vol. 13, no. 13, pp. 1-13, (2014) [In Persian].

[11] F. Zarrinkalam. M. Hosseinzadeh, H. Zamani, S. M. Mirzababaee and A. Faezian, “Experimental Investigation of the Effect of Wind Speed on the Performance of a Portable Parabolic Solar Cooker from Energy and Exergy Viewpoints,” Modares Mechanical Engineering., vol. 20, no. 6, pp. 1525-1532, (2020) [In Persian].

[12] H. Rahimzadeh, M. Nasiri and A. S. Qomi, “Design and construction and thermal investigation of a portable parabolic solar oven,” 27^th Annual International Conference of the Iranian Mechanical Engineers Association, Iran, pp. 3168-3172, April 30, (2019) [In Persian].

[13] A.O. Onokwai, U. C. Okonkwo, C. O. Osueke, C. E. Okafor, T. M. A. Olayanju and S. O. Dahunsi, “Design, modelling, energy and exergy analysis of a parabolic cooker,” Renew Energy, vol. 142, pp. 497-510, (2019).

[14] M. González-Avilés, O. R. Urrieta, I. Ruiz and O.M. Cerutti, “Design, manufacturing, thermal characterization of a solar cooker with compound parabolic concentrator and assessment of an integrated stove use monitoring mechanism,” Energy for Sustainable Development, vol. 45, pp. 135-141, (2018).

[15] A. Regattieri, F. Piana, M. Bortolini, M. Gamberi and E. Ferrari, “Innovative portable solar cooker using the packaging waste of humanitarian supplies,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 57, (2017).

[16] M. Hosseinzadeh, M. Sardarabadi, F. Passandideh, “Nanofluid and Phase Change Material Integrated into a Photovoltaic Thermal System,” Phase Change Materials, Central West Publishing, Australia, pp. 93-127, (2019).

[17] S. K. Shukla, “Comparison of Energy and Exergy Efficiency of Community and Domestic Type Parabolic Solar Cookers,” International Journal of Green Energy, vol. 6, no. 5, pp. 437-449, (2009).

[18] P. M. Cuce, “Box type solar cookers with sensible thermal energy storage medium: A comparative experimental investigation and thermodynamic analysis,” Sol. Energy, vol. 166, pp. 432-440, (2018).

[19] R. J. Moffat, “Describing the uncertainties in experimental results,” Experimental Thermal and Fluid Science., vol. 1, no. 1, pp. 3-17, (1988).

[20] I. L. Pioro, M. Mahdi and R. Popov, “Heat transfer media and their properties,” Handbook of Thermal. Science and. Engineering, pp. 1353-1446, (2018).