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