دانشگاه سمنان مدل سازی در مهندسی 2008-4854 مقالات آماده انتشار 2025 10 05 Experimental and CFD Simulation Study of Heat Transfer Enhancement in a Flat-Plate Photovoltaic Thermal Collector with Spiral Cooling Channels بررسی آزمایشگاهی و شبیه سازی CFD میزان افزایش انتقال حرارت در کلکتور فتوولتائیک حرارتی صفحه تخت با کانال‌های خنک کننده مارپیچ 10130 10.22075/jme.2025.37601.2845 FA سینا طالبی دانشکده مهندسی شیمی ، نفت و گاز دانشگاه سمنان فرامرز هرمزی دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه سمنان امیر حیدری دانشگاه سمنان، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز 0000-0003-1652-0556 سامان رشیدی دانشکده انرژی، پردیس علوم و فن‌آوری‌های نوین، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران Journal Article 2025 05 01 A photovoltaic cell converts solar radiation energy into electrical energy. Radiation on the photovoltaic surface causes an increase in the temperature of the photovoltaic cell, which leads to a decrease in the efficiency of the photovoltaic system. In this paper, a new structure of a thermal collector for absorbing energy from the operation of the photovoltaic cell was examined using Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. The main geometry is a flat-plate photovoltaic collector with a spiral cooling channel beneath the plate, using water as the working fluid within the laminar flow Reynolds number range. In this paper, the effect of the presence of turbulators with different angles of 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90° was simulated. Then, the presence of nanofluid with aluminum oxide nanoparticles in different volume fractions of 1 to 4% was investigated. Also, the effect of a combined system of turbulators and nanofluid with nanoparticles on the increase in heat transfer was investigated. The CFD simulation results were evaluated using two performance criteria: the ratio of total heat transfer rate during cooling to the power required for flow circulation and the standard deviation criterion (evaluating the temperature distribution uniformity on the photovoltaic surface). The results showed that the system with a 15° turbulator provided better hydraulic and thermal performance compared to the baseline system, the nanofluid system, and the combined system. سلول فتوولتائیک، انرژی تشعشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. تابش به سطح فتوولتائیک، باعث افزایش دما سلول فتوولتائیک شده، و کاهش بازده سیستم فتوولتائیک را به همراه دارد. در این مقاله توسط شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ساختار جدیدی از یک کلکتور حرارتی در جذب انرژی حاصل از عملکرد سلول فتوولتائیک مورد بررسی قرار گرفت. هندسه اصلی کلکتور فتوولتائیک، یک صفحه تخت با کانال خنک‌کننده مارپیچ در زیر صفحه توسط سیال آب و در محدوده جریان آرام می‌باشد. در این مقاله اثر حضور آشفته‌ساز با زوایای مختلف ◦15، ◦30، ◦45، ◦60، ◦75 و◦90 شبیه‌سازی گردید. سپس حضور نانوسیال با نانوذرات اکسید آلومینیوم در کسرحجمی‌های مختلف 1 تا 4 درصد بررسی شد. همچنین، اثر سیستم ترکیبی از آشفته‌ساز و نانوسیال بر میزان افزایش انتقال حرارت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه‌سازی CFD به کمک دو معیار ارزیابی عملکرد سیستم (نسبت کل نرخ انتقال حرارت در فرآیند خنک‌سازی به توان مورد نیاز برای گردش جریان) و معیار انحراف استاندارد (بررسی پراکندگی توزیع دما روی صفحه فتوولتائیک) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل شده نشان داد کانال دارای آشفته‌ساز ◦15 از نظر هیدرولیکی و حرارتی در مقایسه با سیستم پایه، سیستم با نانوسیال و سیستم ترکیبی بهره‌وری مناسب‌تری را به همراه دارد.