• شماره ركورد
    25608
  • شماره راهنما
    MEC2 299
  • عنوان

    بررسي و ارزيابي عملكرد كلكتور فتوولتائيك-حرارتي با استفاده از روش هوش مصنوعي

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك - تبديل انرژي
  • دانشكده
    فني و مهندسي
  • تاريخ دفاع
    1404/11/06
  • صفحه شمار
    104 ص.
  • استاد راهنما
    مهدي مشرف دهكردي , فريبرز كريمي طالخونچه
  • كليدواژه فارسي
    كلكتور فتوولتائيك-حرارتي , تيوب مارپيچ , راندمان حرارتي , دماي متوسط سطح پنل , يكنواختي دماي سطح پنل , مدل يادگيري ماشين
  • چكيده فارسي
    چكيده در اين پژوهش يك كلكتور فتوولتائيك-حرارتي مجهز به تيوب مارپيچ، با سيال عامل آب، به صورت عددي در نرم‌افزار كامسول شبيه‌سازي شده است. هندسه صفحات پنل و تيوب مارپيچ مطابق با مقاله اعتبارسنجي مدل‌سازي شده و فيزيك‌هاي انتقال حرارت و جريان سيال مخشوش بر آن اعمال گرديده است. ورودي‌هاي مسئله عبارتند از؛ شدت تابش خورشيدي، دماي محيط، سرعت باد، دماي ورودي سيال و دبي جرمي سيال. پارامترهاي خروجي نيز عبارتند از؛ راندمان حرارتي، دماي متوسط سطح پنل و دماي خروجي سيال. با اعمال شرايط اوليه، شرايط مرزي و مقادير ورودي‌ها، خروجي‌هاي مربوطه توسط نرم‌افزار استخراج مي‌شود. به منظور بررسي يكنواختي توزيع دماي سطح پنل، شاخص مربوطه محاسبه و اثر هر يك از پارامترهاي ورودي بر آن تحليل شده است. به منظور آموزش يك مدل پيش‌بيني مبتني بر يادگيري ماشين، مقادير ورودي در بازه‌هاي مشخص تغيير كرده و با استفاده از مطالعه پارامتري در نرم‌افزار، مجموعه داده‌اي شامل ورودي‌ها و خروجي‌هاي متناظر توليد شده است. همچنين اثر هر يك از ورودي‌ها بر راندمان حرارتي و دماي متوسط سطح پنل نيز بررسي شده است. داده‌هاي حاصل پس از نرمال‌سازي و اعتبارسنجي متقاطع، به صورت برداري شامل پنج ويژگي ورودي و يك ويژگي خروجي (راندمان حرارتي) آماده‌سازي شده‌اند. در واقع سهم داده‌هاي آموزشي و آزمايشي از اين 123 نمونه داده، به ترتيب 80 درصد (98 نمونه داده) و 20 درصد (25 نمونه داده) مي‌باشد. سپس پنج مدل متداول يادگيري ماشين آموزش داده شده و عملكرد آن‌ها با شاخص‌هايي نظير ضريب تعيين، ميانگين قدر مطلق خطا و معيار بيش‌برازش ارزيابي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه مدل رگرسيون Ridge بهترين عملكرد را در بين مدل‌ها داشته و قادر است با كم‌ترين خطا، رفتار سيستم را با دقت بالا پيش‌بيني كند. به طوري كه خطاي پيش‌بيني و ضريب تعيين براي داده‌هاي آزمايشي در اين مدل به ترتيب 0122/0 و 8728/0 به دست آمده است. نمودار اهميت ويژگي‌ها نيز بيان‌گر آن است كه شدت تابش خورشيدي، دماي محيط و سرعت باد به ترتيب با سهم 45، 28 و 24 درصد بيش‌ترين تاثير را بر راندمان حرارتي دارند. همچنين پارامترهاي دماي ورودي سيال و دبي جرمي نيز مجموعا 5 درصد بر راندمان حرارتي تاثير گذاشته‌اند. در مجموع، مدل توسعه‌ يافته مي‌تواند با دريافت پارامترهاي ورودي، راندمان حرارتي كلكتور را با دقت مناسب پيش‌بيني كرده و بدين ترتيب موجب كاهش زمان و هزينه‌ي محاسبات عددي در تحليل‌هاي بعدي مي‌شود. كليدواژه‌ها: كلكتور فتوولتائيك-حرارتي، تيوب مارپيچ، راندمان حرارتي، دماي متوسط سطح پنل، يكنواختي دماي سطح پنل و مدل يادگيري ماشين
  • كليدواژه لاتين
    Photovoltaic–thermal collector , Serpentine tube , Thermal efficiency , Average panel surface temperature , Temperature uniformity of panel surface , Machine learning model
  • عنوان لاتين
    Investing an‎d eva‎luating the performance of photovoltaic-thermal collector using artificial intelligence
  • گروه آموزشي
    مهندسي مكانيك
  • چكيده لاتين
    Abstract In this research, a photovoltaic-thermal collector equipped with a spiral tube, using water as the working fluid, has been numerically simulated in COMSOL software. The geometry of the panel plates an‎d the spiral tube has been modeled in accordance with the validation reference paper, an‎d the physics of heat transfer an‎d turbulent fluid flow have been applied. The input parameters are: solar radiation intensity, ambient temperature, wind speed, fluid inlet temperature, an‎d fluid mass flow rate. The output parameters are: thermal efficiency, average panel surface temperature, an‎d fluid outlet temperature. By applying initial conditions, boundary conditions, an‎d input values, the corresponding outputs are extracted by the software. To eva‎luate the uniformity of the panel surface temperature distribution, the relevant index has been calculated an‎d the effect of each input parameter on it has been analyzed. In order to train a prediction model based on machine learning, the input values have been varied within specified ranges, an‎d using a parametric study in the software, a dataset containing the corresponding inputs an‎d outputs has been generated. The effect of each input on thermal efficiency an‎d average panel surface temperature has also been investigated. After normalization an‎d cross-validation, the obtained data have been prepared as vectors consisting of five input features an‎d one output feature (thermal efficiency). Specifically, the share of training an‎d testing data from these 123 data samples is 80% (98 data samples) an‎d 20% (25 data samples), respectively. Then, five common machine learning models have been trained, an‎d their performance has been eva‎luated using indicators such as the coefficient of determination, mean absolute error, an‎d overfitting criterion. The results indicate that the Ridge regression model has the best performance among the models an‎d is capable of predicting the system behavior with high accuracy an‎d minimal error. Specifically, the prediction error an‎d coefficient of determination for the test data in this model are 0.0122 an‎d 0.8728, respectively. The feature importance plot also indicates that solar radiation intensity, ambient temperature, an‎d wind speed have the greatest impact on thermal efficiency, with contributions of 45%, 28%, an‎d 24%, respectively. Additionally, the fluid inlet temperature an‎d mass flow rate parameters together account for 5% of the impact on thermal efficiency. Overall, the developed model can predict the thermal efficiency of the collector with appropriate accuracy by receiving the input parameters, thus reducing the time an‎d cost of numerical computations in subsequent analyses. Keywords: Photovoltaic–thermal collector, Serpentine tube, Thermal efficiency, Average panel surface temperature, Temperature uniformity of panel surface, Machine learning model
  • تعداد فصل ها
    5
  • فهرست مطالب pdf
    155050
  • نويسنده

    منعميان، اميررضا