Zwiększanie wydajności termicznej destylatorów słonecznych z wykorzystaniem nanocząsteczek tlenku magnezu w materiale zmieniającym fazę, umieszczonym na obrotowym wydrążonym cylindrze

Abstrakt

W niniejszym badaniu eksperymentalnie zbadano możliwość zwiększenia sprawności cieplnej i wydajności słodkiej wody w destylatorze słonecznym o podwójnym nachyleniu poprzez zastosowanie obrotowego wydrążonego cylindra metalowego w połączeniu z materiałem zmiennofazowym wzbogaconym nanocząstkami (NPCM). Jako nośnik energii cieplnej o cieple utajonym wykorzystano wosk parafinowy, natomiast w celu poprawy przewodności cieplnej i rozkładu ciepła dodano nanocząstki tlenku magnezu (MgO) w stężeniu objętościowym 1%. Nanofluid przygotowano poprzez mieszanie mechaniczne i dyspersję ultradźwiękową w celu zapewnienia jednolitej stabilności. Testy terenowe przeprowadzono w Kirkuku w Iraku w okresie od lutego do kwietnia 2025 r. przy bezchmurnym niebie. Zmodyfikowany system osiągnął maksymalną wydajność około 3400 ml/m2 · dzień przy 0,25 obr./min i głębokości wody 3 cm, co jest ponad sześciokrotnie wyższą wartością niż 520 ml/m2 · dzień w przypadku konwencjonalnej destylarni. Włączenie nanocząstek MgO podniosło temperaturę rurki PCM do 62°C w porównaniu z 46°C bez dodatków, zwiększając szybkość parowania i przedłużając produkcję do godzin nocnych. Ulepszona konstrukcja
osiągnęła szczytową sprawność cieplną na poziomie 90%, przewyższając systemy oparte wyłącznie na PCM (66,5%) oraz cylindry o gładkiej powierzchni (52,5%). Te korzyści przypisuje się zwiększonej powierzchni wymiany ciepła, lepszej przewodności cieplnej oraz zoptymalizowanej kontroli obrotów. W porównaniu z poprzednimi konstrukcjami cylinder z rurami miedzianymi z NPCM wykazał się lepszą wydajnością. W przyszłych badaniach należy przeanalizować różne rodzaje nanocząstek, możliwość dostosowania do wyższych prędkości obrotowych oraz integrację z hybrydowymi kolektorami słonecznymi, aby jeszcze bardziej zoptymalizować opłacalność i skalowalność rozwiązań w regionach suchych.