Numerical Study of Flat Plate Solar Air Heaters With and Without Fins

Abstract

Solar air heaters are devices which utilize absorbed solar energy by transferring heat to the air passing through air channels. Present study investigates the performance enhancement of a conventional solar air heater by assigning rectangular fins to the bottom plate. The impact of the assigned fins are examined by comparing the finned flat plate solar air heater with a standard flat plate solar air heater without fins, over a relevant range of air mass flow rate and solar irradiance values. The mathematical model built is numerically solved on MATLAB-R2020b. The results indicate that installation of fins boosts the performance of flat plate solar air collectors significantly. Use of fins in the solar air collector results in increased heat removal factor, useful energy gain, as well as collector efficiency values, and lowered the heat loss coefficients. The collector efficiency improves from 47.78% to 61.32%, with the addition of fins, at mass flow rate 0.01 kg/s and solar irradiance 1000 W/m2 . The maximum collector efficiency 61.46% of the finned air collector is achieved at air mass flow rate 0.01 kg/s and solar irradiance 1200 W/m2 . The findings of the study indicate that the finned solar air heater works the most efficiently at lower air mass flow rates and greater solar irradiances. Keywords: solar air heaters, solar energy, heat transfer.

ÖZ:Güneş enerjili hava ısıtıcıları, güneş ışınlarından emilen güneş enerjisini, hava kanalından akan havayı ısıtmak için kullanan cihazlardır. Mevcut çalışma, konvansiyonel düz plaka güneş enerjili hava ısıtıcısına dikdörtgen kanatçık ekleminin, performans artışı üzerindeki etkisini incelemektedir. Çalışma, kanatçıklı ve kanatçıksız düz plaka güneş enerjili hava ısıtıcı performanslarını ilgili hava debisi ve güneş ışınımı değer aralıklarında karşılaştırmaktadır. Geliştirilmiş matematiksel model MATLAB-R2020b yazılımında çözülmüştür. Varılan sonuçlar, kanatçık ekleminin düz plaka güneş enerjili hava ısıtıcılarında performans artışına neden olduğunu göstermektedir. Kanatçıklar, ısı giderme faktörü, kullanılabilir enerji kazancı ve verimlilik değerlerinde artışa sebep olurken, ısı kaybı katsayılarında düşüşe neden olmaktadır. Hava debisi 0.01 kg/s ve güneş ışınımı 1000 W/m2 iken, kanatçıklı güneş enerjili hava ısıtıcısı konvansiyonel güneş enerjili hava ısıtıcısı ile karşılaştırıldığında, kanatçıkların verimlilik değerini %47.78’den %61.32’e yükselttiği görülmektedir. Kanatçıklı güneş enerjili ısıtıcısı için maksimum verimlilik, hava debisi 0.01 kg/s ve güneş ışınımı 1200 W/m2 iken %61.46 olarak elde edilmektedir. Elde edilen sonuçlar ışığında, kanatçıklı düz plaka güneş enerjili ısıtıcılarının düşük hava debileri ve yüksek güneş ışınımlarında en verimli çalıştıkları anlaşılmaktadır. Anahtar kelimeler: Güneş enerjili hava ısıtıcıları, güneş enerjisi, ısı transferi.