KFUPM ePrints

PERFORMANCE ANALYSIS OF A NEW AUGMENTED SOLAR CHIMNEY POWER PLANT DESIGN

l PERFORMANCE ANALYSIS OF A NEW AUGMENTED SOLAR CHIMNEY POWER PLANT DESIGN. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF - Draft Version
Restricted to Abstract Only until 29 November 2018.

4Mb

Arabic Abstract

تم تطوير نموذج مطوّر لمحطة طاقة مدخنة شمسية (SCPP)والتحقق منه. سعياً وراء إنتاجية أعلى من الطاقة؛ تم تطوير نموذج لمحطة طاقة مدخنة شمسية مُزَّود بعواكس وتم عمل دراسة مقارنة مع نموذج مماثل بدون عواكس. بالإضافة الى ذلك، تم بناء نموذج لمحطة طاقة مدخنة شمسية بقياس معملي لتحديد تغير النتائج الفعلية مع النموذج التحليلي الذي تم تطويره في الدراسة الحاليه. تم استخدام تحليلين مفصلين للطاقة والاكسيرجي في التقييم الديناميكي الحراري لمنظومات (SCPP) المقترحه. تم حل جميع المعادلات المستنبطة للطاقة والاكسيرجي بالتزامن باستخدام برنامج (EES). استخدم نموذج (SCPP) المطور لتحديد القطر الفعال للمُجمِّع ومعامل انتقال الحرارة بين السطح، الأرضية والهواء. كشفت الدراسة أن إنتاجية الطاقة تتناسب طرديا مع معدل سريان الكتلة الذي يعتمد بدوره على شكل المنظومة، سرعة الهواء وكثافته.على الرغم من أن انتاج الطاقه يكون أعلى خلال أشهر الصيف فإن منظومة (SCPP) تعمل بكفاءة أعلى في فترة الشتاء. كانت قيمة معدل تدمير الاكسيرجي الأعلي في الأرضية لكونها تمتلك أعلى درجة حراره لسقوط الإشعاع الشمسي، عدم قدرة الهواء على امتصاص كل الحراره من الأرضية لانخفاض سعة امتصاص الحراره. لذلك كان للأرضية أعلى إمكانية لتحسين الاكسيرجي. تم اختيار مدينة الظهران، المملكة العربية السعودية كمثال توضيحي لتقييم النموذجين المقترحين. باستخدام بيانات الأشعاع الشمسي لعام 2016 كانت قيم كل من متوسط انتاج الطاقة، كفاءتي الطاقة والاكسيرجي لمنظومة :(SCPP) 99 kW، 0.523% و 0.581% على التوالي. أما للمنظومة الجديده المُعزَّزَه بالعواكس كشفت الدراسه أن الزيادة في الإشعاع الشمسي بمساعدة العواكس تُحسِّن كفاءة الطاقة وإنتاج الطاقة بنسبة 22.6% و 133% على التوالي. لكن مع ذلك فان الزيادة في انتاج الطاقة كانت بسبب الزيادة الناتجة في معدل سريان الكتله. كانت قيم كفاءة الطاقه، كفاءة الاكسيرجي وإنتاج الطاقة لنموذج (SCPP) المُزود بعواكس: 0.636%، 0.71 و 371 kW على التوالي. علاوة على ذلك؛ تم تسجيل كل من انتاج الطاقة، كفاءة الطاقة و، تغير درجة الحرارة لكل من الأرضية، السطح، المدخنة والهواء وتغير السرعات عند النقاط 1، 2 و 3، تغير كثافة الهواء في المُجمِّع لكل شهور السنة. بالإضافة لذلك تم عرض دراسة مقارنة بين نظام SCPP تقليدي وآخر مُزوَّد بعواكس.

English Abstract

An improved model for a solar chimney power plant (SCPP) is developed and validated. With the quest of higher power output, a new model for a solar chimney power plant aided with reflectors is developed and a comparative study is conducted with an SCPP model without reflectors. Furthermore, a laboratory scale model of SCPP is built to determine the variance of real results with an analytical model developed in the present study. Detailed energy and exergy analyses are used for the thermodynamic assessment of the proposed SCPP models. All the formulated energy and exergy equations are solved simultaneously using engineering equation solver (EES) software. The improved SCPP model is used to determine the effective diameter of the collector and the heat transfer coefficient between the deck, floor, and air. The study reveals that the power output is directly proportional to the mass flow rate, which depends on the geometry of the system, air velocity, and the density of air. Though the power output is high during the summer months, the SCPP is more efficient in the winter months. The exergy destruction is highest for the floor, as it attains the highest temperature due to the incidence of solar radiation, and the air cannot absorb all the heat from the floor due to the low heat absorbing capacity of air. Thus, the floor has the highest exergy improvement potential. Dhahran, Saudi Arabia was selected as an illustrative example to evaluate the proposed models. For solar irradiation data of 2016, the average power output, energetic and exergetic efficiencies of the SCPP are 99 kW, 0.523%, and 0.581%, respectively. For the new model of SCPP aided with reflectors, the study reveals that the increase in incident solar radiation with the aid of reflectors enhances the energy efficiency and power output by 22.6% and 133%, respectively. However, the improvement in power output is due to the higher mass flow rate generated. The average power output, energetic and exergetic efficiencies of the SCPP model aided with reflectors are 371 kW, 0.636%, and 0.71%, respectively. The models developed predicts the empirical values with a variance of 5%. Moreover, the power output, energy and exergy efficiencies, a variation of temperature for the floor, deck, chimney, and air, and the variation of velocities at location 1, 2, and 3, density variation of air in the collector for each month of the year are reported. Furthermore, a comparative study of SCPP aided with reflectors and a conventional SCPP is presented.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Engineering
Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor:Al-Sulaiman, Fahad
Committee Members:Mokheimer, Esmail and Rehman, Shafiqur
ID Code:140531
Deposited By:FAISAL HUSSAIN (g201404460)
Deposited On:29 Nov 2017 14:08
Last Modified:29 Nov 2017 14:08

Repository Staff Only: item control page