Megújuló energiával történő melegítés matematikai modellezése szoláris főzőedényben
DOI:
https://doi.org/10.33038/jcegi.6369Kulcsszavak:
napenergia, szoláris főzőedény, matematikai modellezés, szimulációAbsztrakt
A kutatás tárgya, a szoláris főzőedény, egy új találmány, amely a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatalában, 2021-ben kapott használatiminta-oltalmat, 5489-es lajstromszám alatt. Az edény ételek, italok (vagy egyéb folyadékok) melegítésére vagy főzésére használható. Felépítését tekintve, egy cső a csőben hőcserélőhöz hasonlóan, rendelkezik egy külső köpennyel és egy belső főzőtérrel. A főzőedény fizikálisan már legyártásra került, a rajta végzett vizsgálatok folyamatosan zajlanak. A jelen munka a berendezés matematikai úton történő vizsgálatát tűzi ki célul matematikai modellek és számítógépes szimulációk segítségével. Célunk a szoláris főzőedény modellezése, amely lehetővé teszi a főzőedény hőmérsékletének előrejelzését. Bemutatásra kerül a főzőedény matematikai modellezése, valamint a modellezéshez kapcsolódó első szimulációs eredmények, amelyek alapján következtetések vonhatók le a főzőedény működésének hatékonyságára és gyakorlati alkalmazhatóságára vonatkozóan. A környezetbarát főzőedény az eredmények alapján képes főzési feladatok ellátására. Használata egy főzés alkalmával 247 grammal csökkenti a széndioxid-kibocsátást. A jövőbeni kutatási tervek között szerepel a főzőedényből és a napkollektorból álló kísérleti rendszer megépítése, a rendszer és a rendszerelemek további modellezése és a rendszeren mérések elvégzése különböző időjárási körülmények között. A tervezett kísérleti vizsgálatok majd lehetővé teszik a matematikai modellek validálását és a főzőedény működőképességének felmérését.
Hivatkozások
BADESCU, V. (2008): Optimal control of flow in solar collector systems with fully mixed water storage tanks, Energy Conversion and Management, Volume 49, Issue 2, pp. 169-184, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2007.06.022
BIGELOW, A. W. – TABATCHNICK, J. – HUGHES, C. (2024): Testing Solar Cookers for Cooking Efficiency, Solar Energy Advantages, pp. 1-7, https://doi.org/10.1016/j.seja.2024.100053
BRADLEY, J. (2010): Counterflow, crossflow and cocurrent flow heat transfer in heat exchangers: Analytical solution based on transfer units, Heat and Mass Transfer, Volume 46, pp. 381-394, https://doi.org/10.1007/s00231-010-0579-5
BRUS, L. – ZAMBRANO, D. (2010): Black-box identification of solar collector dynamics with variant time delay, Control Engineering Practice, Volume 18, pp. 1133-1146, https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2010.06.006
BUZÁS J. – FARKAS I. (2000): Solar domestic hot water system simulation using blockoriented software, The 3rd ISES-europe Solar World Congress (Eurosun 2000), CD-ROM Proceedings, København, Dánia, pp. 1-9
BUZÁS J. – FARKAS I. – BIRÓ A. – NÉMETH R. (1998): Modelling and simulation aspects of a solar hot water system, Mathematics and Computers in Simulation, Volume 48, pp. 33-46, https://doi.org/10.1016/S0378-4754(98)00153-0
CAO, E. (2010): Heat Transfer in Process Engineering, 1st Edition, McGraw-Hill Education, ISBN: 9780071624084
CASTELLANOS, L. S. M. – NOGUERA, A. L. G. – VELÁSQUEZ, E. I. G. – CABALLERO, G. E. C. – LORA, E. E. S. – COBAS, V. R. M. (2020): Mathematical modeling of a system composed of parabolic trough solar collectors integrated with a hydraulic energy storage system, Energy, Volume 208, pp. 1-16, https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118255
DANLEY, D. (2019): How much energy does it take to cook food?, https://sunspotpv.com/how-much-energy-does-it-take-to-cook-food/ (utolsó elérés: 2024.07.08.)
FARKAS I. (2003): Napenergia a mezőgazdaságban, Mezőgazda Lap- és Könyvkiadó Kft., Budapest
GÉCZI G. – KICSINY R. (FELTALÁLÓK); MAGYAR AGRÁR- ÉS ÉLETTUDOMÁNYI EGYETEM (JOGOSULT) (2021): Berendezés étel napsugárzási energiával történő készítésére és/vagy folyadék melegítésére, Használati mintaoltalom, Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala, lajstromszám: 5489
GÉCZI G. – KICSINY R. – KORZENSZKY P. (2019): Modified effectiveness and linear regression based models for heat exchangers under heat gain/loss to the environment, Heat and Mass Transfer, Volume 55, pp. 1167-1179, https://doi.org/10.1007/s00231-018-2495-z
GÉCZYNÉ VÍG P. (2007): Napkollektoros rendszerek modellezése neurális hálóval, Doktori értekezés, Szent István Egyetem, Gödöllő
GETNET, M. Y. – GUNJO, D. G. – SINHA, D. K. (2023): Experimental investigation of thermal storage integrated indirect solar cooker with and without reflectors, Results in Engineering, Volume 18, pp. 1-14, https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101022
GHABOUR, R. – JOSIMOVIĆ, LJUBIŠA – KORZENSZKY, P. (2021): Two Analytical Methods for Optimising Solar Process Heat System Used in a Pasteurising Plant, Applied Engineering Letters, Volume 6, No. 4, pp. 166-174, https://doi.org/10.18485/aeletters.2021.6.4.4
GHABOUR, R. – KORZENSZKY, P. (2020): Mathematical modelling and experimentation of soy wax PCM solar tank using response surface method, Analecta Technica Szegedinensia, Volume 14, No. 2, pp. 35-42, https://doi.org/10.14232/analecta.2020.2.35-42
GHABOUR, R. – KORZENSZKY, P. (2023): Dynamic Modelling and Experimental Analysis of Tankless Solar Heat Process System for Preheating Water in the Food Industry, Acta Polytechnica Hungarica, Volume 20, No. 4, pp. 65-83, https://doi.org/10.12700/APH.20.4.2023.4.4
GUPTA, P. K. – MISAL, A. – AGRAWAL, S. (2021): Development of low cost reflective panel solar cooker, Materialstoday: Proceedings, Volume 45, Part 2, pp. 1-4, https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.004
HILMER, F. – VAJEN, K. – RATKA, A. – ACKERMANN, H. – FUHS, W. – MELSHEIMER, O. (1999): Numerical solution and validation of a dynamic model of solar collectors working with varying fluid flow rate, Solar Energy, Volume 65, Issue 5, pp. 305-321, https://doi.org/10.1016/S0038-092X(98)00142-X
HIRIS, D. P. – POP, O. G. – BALAN, M. C. (2022): Analytical modeling and validation of the thermal behavior of seasonal storage tanks for solar district heating, Energy Reports, Volume 8, Supplement 9, pp. 741-755, https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.07.113
HOSSEINZADEH, M. – FAEZIAN, A. – MIRZABABAEE, S. M. (2020): Parametric analysis and optimization of a portable evacuated tube solar cooker, Energy, Volume 194, pp. 1-12, https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116816
HOSSEINZADEH, M. – SADEGHIRAD, R. – ZAMANI, H. – KIANIFAR, A. – MIRZABABAEE, S. M. (2021): The performance improvement of an indirect solar cooker using multi-walled carbon nanotube-oil nanofluid: An experimental study with thermodynamic analysis, Renewable Energy, Volume 165, Part 1, pp. 14-24, https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.10.078
HOTTEL, H. C. – WHILLIER, A. (1955): Evaluation of flat-plate collector performance, Trans. Conf. Use of Solar Energy, Volume 3, Part 2
HOTTEL, H. C. – WOERTZ, B.B. (1942): The performance of flat-plate solar-heat collectors, Transactions of the American Society of Mechanical Engineers, Volume 64, pp. 91-104
HUSSEIN, H. M. S. – EL-GHETANY, H. H. – NADA, S. A. (2008): Experimental investigation of novel indirect solar cooker with indoor PCM thermal storage and cooking unit, Energy Conversion and Management, Volume 49, Issue 8, pp. 2237-2246, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2008.01.026
IRANMANESH, M. – AKHIJAHANI, H. S. – JAHROMI, M. S. B. (2020): CFD modeling and evaluation the performance of a solar cabinet dryer equipped with evacuated tube solar collector and thermal storage system, Renewable Energy, Volume 145, pp. 1192-1213, https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.06.038
KALOGIROU, S. A. – PANTELIOU, S. – DENTSORAS, A. (1999): Modeling of Solar Domestic Water Heating Systems Using Artificial Neural Networks, Solar Energy, Volume 65, pp. 335-342, https://doi.org/10.1016/S0038-092X(99)00013-4
KICSINY R. (2014): Multiple linear regression based model for solar collectors, Solar Energy, Volume 110, pp. 496-506, https://doi.org/10.1016/j.solener.2014.10.003
KICSINY R. (2018): Black-box model for solar storage tanks based on multiple linear regression, Renewable Energy, Volume 125, pp. 857-865, https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.02.037
KUMAR, R. – ADHIKARI, R. S. – GARG, H. P. – KUMAR, A. (2001): Thermal performance of a solar pressure cooker based on evacuated tube solar collector, Applied Thermal Engineering, Volume 21, Issue 16, pp. 1699-1706, https://doi.org/10.1016/S1359-4311(01)00018-7
LAMRANI, B. – ELMRABET, Y. – MATHEW, I. – BEKKIOUI, N. – ETIM, P. – CHAHBOUN, A. – DRAOUI, A. – NDUKWU, M. C. (2022): Energy, economic analysis and mathematical modelling of mixed-mode solar drying of potato slices with thermal storage loaded V-groove collector: Application to Maghreb region, Renewable Energy, Volume 200, pp. 48-58, https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.09.119
MAO, C. – LI, M. – LI, N. – SHAN, M. – YANG, X. (2019): Mathematical model development and optimal design of the horizontal all-glass evacuated tube solar collectors integrated with bottom mirror reflectors for solar energy harvesting, Applied Energy, Volume 238, pp. 54-68, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.006
NOWTRICITY (2024): Emissions in Hungary, https://www.nowtricity.com/country/hungary/ (utolsó elérés 2024.07.08.)
PACIO, J. C. – DORAO, C. A. (2011): A review on heat exchanger thermal hydraulic models for cryogenic applications, Cryogenics, Volume 51, Issue 7, pp. 366-379, https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2011.04.005
RUIVO, C. R. – COCCIA, G. – DI NICOLA, G. – CARRILLO-ANDRÉS, A. – APAOLAZA-PAGOAGA, X. (2022): Standardised power of solar cookers with a linear performance curve following the Hottel-Whillier-Bliss formulation, Renewable Energy, Volume 200, pp. 1202-1210 , https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.10.041
SAINI, P. – PANDEY, S. – GOSWAMI, S. – DHAR, A. – MOHAMED, M. E. – POWAR, SATVASHEEL (2023): Experimental and numerical investigation of a hybrid solar thermal-electric powered cooking oven, Energy, Volume 280, pp. 1-12, https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.128188
SAXENA, A. – AGARWAL, N. (2018): Performance characteristics of a new hybrid solar cooker with air duct, Solar Energy, Volume 159, pp. 628-637, https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.11.043
SAXENA, A. – CUCE, E. – TIWARI, G. N. – KUMAR, A. (2020): Design and thermal performance investigation of a box cooker with flexible solar collector tubes: An experimental research, Energy, Volume 206, pp. 1-15, https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118144
SCHWARZER, K. – KRINGS, T. (1996): Demonstrations- und Feldtest von Solarkochern mit temporärem Speicher in Indien und Mali, Abschlussbericht
USDA (FOOD SAFETY AND INSPECTION SERVICE, U.S. DEPARTMENT OF AGRICULTURE) (2024): Safe Minimum Internal Temperature Chart, https://www.fsis.usda.gov/food-safety/safe-food-handling-and-preparation/food-safety-basics/safe-temperature-chart (utolsó elérés 2024.07.08.)
ZAVALA-RÍO, A. – SANTIESTEBAN-COS, R. (2007): Reliable compartmental models for double-pipe heat exchangers: An analytical study, Applied Mathematical Modelling, Volume 31, Issue 9, pp. 1739-1752, https://doi.org/10.1016/j.apm.2006.06.005
ZHAO, Y. – ZHENG, H. – SUN, B. – LI, C. – WU, Y. (2018): Development and performance studies of a novel portable solar cooker using a curved Fresnel lens concentrator, Solar Energy, Volume 174, pp. 263-272, https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.09.007
ZHENG, J. – FEBRER, R. – CASTRO, J. – KIZILDAG, D. – RIGOLA, J. (2023): A new high-performance flat plate solar collector. Numerical modelling and experimental validation, Applied Energy, Volume 355, pp. 1-14, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.122221
ZHOU, C. – WANG, Y. – LI, J. – MA, X. – LI, Q. – YANG, M. – ZHAO, X. – ZHU, Y. (2023): Simulation and economic analysis of an innovative indoor solar cooking system with energy storage, Solar Energy, Volume 263, pp. 1-15, https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.111816
ZOHURI, B. (2017): Compact Heat Exchangers, Selection, Application, Design and Evaluation, Springer International Publishing, Switzerland, https://doi.org/10.1007/978-3-319-29835-1
Letöltések
Megjelent
Folyóirat szám
Rovat
License
Copyright (c) 2024 Journal of Central European Green Innovation
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
