پایان نامه رایگان درباره الگوریتم ژنتیک و انرژی خورشیدی

دانلود پایان نامه

دمای منطقهی خنککاری (ºC) sol محدودهی تشعشع خورشید


دمای محیط (ºC) vis محدودهی نور مرئی
چکیده
پوشش با لایههای نازک نقش بسیار مهمی در صنایع نیم رسانا ها و تجهیزات میکروالکترومکانیک و نانوالکترومکانیک دارد. با اضافه کردن یک لایه نازک به سطح به علت تداخل امواج الکترومغناطیسی، خواص تشعشعی سطح کاملا متفاوت خواهد بود. در این پروژه با استفاده از روشهای الکترومغناطیسی، خواص تشعشعی یک ساختار چندلایه نازک محاسبه میشود و با استفاده از الگوریتم ژنتیک و عملیات حرارتی شبیهسازی شده، خواص چنین ساختاری با تغییر جنس و ضخامت لایهها با توجه به مسائل کاربردی بهینهسازی میشود.
یکی از مسائل مورد بررسی در این پروژه خنککاری تشعشعی است. مشخص شده که در صورتیکه رطوبت بالا نباشد جو زمین در بازه 8 تا 13 میکرومتر به صورت یک چاه حرارتی عمل میکند و درنتیجه در صورت استفاده ازیک پوشش انتخابگر، به گونهای که تبادل انرژی را به این بازه محدود کند میتوان بدون مصرف انرژی خنککاری انجام داد. استفاده از پوششهایی که امکان خنککاری تحت تابش مستقیم نور خورشید را مهیا کنند تا کنون به صورت یک چالش باقی مانده است. در این پروژه تعدادی پوشش معرفی شده، که به کمک آنها امکان خنککاری جزئی در حد 2 تا 3 درجهی سانتیگراد، تحت تابش مستقیم نور خورشید وجود دارد. همچنین تعداد زیادی پوشش بهینه برای خنککاری در شب معرفی شده است. به علاوه ایدهی استفاده از پتاسیم بروماید پوششداده شده از دو طرف به عنوان یک پوشش بسیار مناسب برای خنککاری در شب برای اولین بار مطرح شده است. افت دما با استفاده از چنین پوششی حدود 123% افزایش خواهد داشت.
همچنین ساختارهای بهینه جهت کاربرد به عنوان آینه حرارتی معرفی شده است. ضمن اینکه BaTiO3 به عنوان یک آینه حرارتی بسیار مناسب، برای اولین بار مورد بررسی قرار گرفته است.
کلمات کلیدی: انتقال حرارت، لایههای نازک، انتقال حرارت تشعشعی در ابعاد نانو، خواص تشعشعی، خنککاری تشعشعی، آینههای حرارتی، بهینهسازی
فصل اول
فصل اول: مقدمه
پیشگفتار
با توجه به کاربردهای وسیع لایههای نازک، استفاده از این تکنولوژی در بسیاری از ادوات اپتیکی، الکترونیکی و تجهیزات مربوط به انرژی خورشیدی متداول شدهاست. از طرفی، اطلاع از خواص تشعشعی ساختارهای چندلایه شامل لایههای نازک، در بسیاری از کاربردهای عملی مانند فرایندهای گرمایی سریع (RTP) [1و2] و سلولهای خورشیدی حائز اهمیت کلیدی میباشد. یافتن ضخامت بهینه لایهها جهت دستیابی به خواص تشعشعی مورد نظر، کاربردهای مهمی در تجهیزات خنککننده تشعشعی ، آینههای حرارتی ، کلکتورهای خورشیدی و سلولهای خورشیدی دارد، ولی با این وجود به ندرت مورد بررسی قرار گرفته است.
لایههای نازک در کاربردها معمولا به شکل ساختارهای چندلایه مطابق شکل 1-1 استفاده میشوند.

شکل ‏1 1 – یک ساختار چندلایه
همانطور که دیده میشود یک لایه ضخیم(Substrate) با ضخامتی از order میلیمتر وجود دارد که در اطراف آن (یا فقط در یک سمت) لایههای نازک قرار دارند. یکی از ویژگیهای مهم این ساختارها قابل تنظیم بودن خواص تشعشعی آنها است. خواص تشعشعی چنین ساختارهایی به عوامل متعددی بستگی دارد که در ادامه لیست میشوند[3]:
تعداد لایهها
جنس لایهها
نحوه چینش لایهها
ضخامت لایهها
زاویه برخورد
دمای لایهها
پلاریزاسیون پرتو برخوردی
با توجه به تغییرات طیفی خواص تشعشعی این لایهها میتوان با استفاده از ترکیبهای متنوع از لایههای مختلف، خواص تشعشعی را در بازههای مختلف طول موج تغییر داد. در نتیجه در صورتیکه جنس و ضخامت لایهها به درستی انتخاب شود، میتوان به کمک ساختارهای چندلایه نازک به پوششهای انتخابگر متنوع دسترسی پیدا کرد.
خنککاری تشعشعی
بخشی از انرژی گسیل شده از خورشید در جو زمین جذب میشود که این خود منجر به گسیل انرژی از سوی جو خواهد شد. درنتیجه شار انرژی تشعشعی وارد بر سطح زمین، از 2 بخش تشعشع خورشید و تشعشع آسمان تشکیل شده است(شکل 1-2). در این شکل شار تشعشعی برحسب GW/m3 (شار انرژی بر واحد سطح در بازهی طول موج 1 میکرومتر معادل 1000 W/m2) و MW/m3 (شار انرژی بر واحد سطح در بازهی طول موج 1 میکرومتر معادل 1 W/m2) آورده شده است. حدود 95 درصد تشعشع خورشید در بازه 0.3-2.4 μm وارد میشود در صورتیکه، تشعشع آسمان عمدتا در بازه 4-85 μm و کاملا در محدوده مادون قرمز قرار میگیرد. در صورتیکه رطوبت خیلی زیاد نباشد، در بازه 8-13 μm تشعشع آسمان بسیار کم است. در سایر طول موجها تشعشع آسمان تقریبا بر یک توزیع پلانک در دمایی در حدود 300 کلوین منطبق است. به بازه 8-13 μm پنجره اتمسفری گفته میشود. در این بازه اتمسفر به صورت یک چاه حرارتی عمل میکند و تشعشع گسیل شده از اجسام واقع در سطح زمین با تشعشع ورودی جو بالانس نمیشود. این واقعیت مبنای خنککاری تشعشعی است. به این ترتیب خنککاری، بدون مصرف انرژی امکان پذیر خواهد بود[4]. این روش در نگهداری مواد غذایی و دارویی، تهیه آب خنک، خنککاری ساختمانها[5و6و7] و چگالش رطوبت هوا[8و9و10] کاربرد دارد.