In this paper, a combination of Monte Carlo ray tracing (MCRT) and finite volume method (FVM) was utilized to numerically investigate the application of CuO/water nanofluid and porous media (as volumetric absorber agents) in a direct absorption parabolic trough solar collector (DAPTC). The main purpose of this study is the numerical evaluation of the effect of the nanofluid and porous media (separately and simultaneously) to compare their influences on the efficiency of DAPTCs using Ansys Fluent software. The effects of volume fraction, porosity, pore diameter, input temperature, and flow rate on the collector thermal performance are also examined. The results indicated 40.5% and 49.9% improvement in the thermal efficiency of the collector due to the use of nanofluid and porous media, respectively. Thermal efficiency showed a reduction with increasing the inlet temperature as well as decreasing the flow rate. Applying the porous media can reduce the temperature concentration near the absorber tube wall, which will decrement the heat loss. However, using full porous media as a volumetric absorber leads to a great pressure drop. Results showed that the use of porous media enhanced the friction factor of pure water without metal foam 1500-1750 times. Therefore, nanofluids and partially filled porous media can be simultaneously used for their synergistic benefits. The combination of direct absorbers can increment the thermal efficiency up to 69.5%. The numerical simulation is validated with available experimental data.

中文翻译：

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抛物槽太阳能集热器中多孔介质和纳米流体作为体积吸收体的热行为的数值研究

在本文中，结合蒙特卡罗射线追踪（MCRT）和有限体积法（FVM），数值研究了CuO/水纳米流体和多孔介质（作为体积吸收剂）在直接吸收抛物槽太阳能集热器中的应用。 (DAPTC)。本研究的主要目的是使用 Ansys Fluent 软件对纳米流体和多孔介质（分别和同时）的效果进行数值评估，以比较它们对 DAPTC 效率的影响。还检查了体积分数、孔隙率、孔径、输入温度和流速对集热器热性能的影响。结果表明，由于使用纳米流体和多孔介质，收集器的热效率分别提高了 40.5% 和 49.9%。热效率随着入口温度的升高和流速的降低而降低。应用多孔介质可以降低吸收器管壁附近的温度浓度，从而减少热损失。然而，使用全多孔介质作为体积吸收器会导致很大的压降。结果表明，多孔介质的使用使不含金属泡沫的纯水的摩擦系数提高了1500-1750倍。因此，纳米流体和部分填充的多孔介质可以同时使用，以发挥它们的协同作用。直接吸收器的组合可以将热效率提高到 69.5%。数值模拟通过可用的实验数据进行了验证。应用多孔介质可以降低吸收器管壁附近的温度浓度，从而减少热损失。然而，使用全多孔介质作为体积吸收器会导致很大的压降。结果表明，多孔介质的使用使不含金属泡沫的纯水的摩擦系数提高了1500-1750倍。因此，纳米流体和部分填充的多孔介质可以同时使用，以发挥它们的协同作用。直接吸收器的组合可以将热效率提高到 69.5%。数值模拟通过可用的实验数据进行了验证。应用多孔介质可以降低吸收器管壁附近的温度浓度，从而减少热损失。然而，使用全多孔介质作为体积吸收器会导致很大的压降。结果表明，多孔介质的使用使不含金属泡沫的纯水的摩擦系数提高了1500-1750倍。因此，纳米流体和部分填充的多孔介质可以同时使用，以发挥它们的协同作用。直接吸收器的组合可以将热效率提高到 69.5%。数值模拟通过可用的实验数据进行了验证。结果表明，多孔介质的使用使不含金属泡沫的纯水的摩擦系数提高了1500-1750倍。因此，纳米流体和部分填充的多孔介质可以同时使用，以发挥它们的协同作用。直接吸收器的组合可以将热效率提高到 69.5%。数值模拟通过可用的实验数据进行了验证。结果表明，多孔介质的使用使不含金属泡沫的纯水的摩擦系数提高了1500-1750倍。因此，纳米流体和部分填充的多孔介质可以同时使用，以发挥它们的协同作用。直接吸收器的组合可以将热效率提高到 69.5%。数值模拟通过可用的实验数据进行了验证。