أجريت في تمام الساعة التاسعة صباحا من يوم الخميس الموافق 28/8/2025 وعلى قاعة رئاسة قسم الهندسة الميكانيكية /كلية الهندسة /جامعة النهرين مناقشة اطروحة طالب الدكتوراه في قسم الهندسة الميكانيكية (أسامة ثامر) والتي كانت تحت عنوان:

Investigation the Thermal Performance for a Solar Receiver  using different shapes

دراسة الأداء الحراري لجهاز استقبال الطاقة الشمسية باستخدام أنبوب مخروطي حلزوني

يتناول هذا البحث مشروع طاقة شمسية يعتمد على برج مركزي، حيث يوجد المستقبل الحراري في قمته، ويعمل على امتصاص أشعة الشمس المنعكسة من أربعة مرايا عاكسة (Heliostats) تم تصميمها لتتبع حركة الشمس وتركيز الأشعة على المستقبل. يعمل المستقبل الشمسي كمبادل حراري يحتوي على سائل تشغيل، يُستخدم لامتصاص وتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية. تمر الأشعة الشمسية من خلال غطاء زجاجي لتصل إلى أنابيب المستقبل، التي تسخن بدورها وتنقل الحرارة إلى سائل التشغيل.

عادةً ما يتم طلاء الأنابيب الماصة بطلاء خاص عالي الامتصاص ومنخفض الإشعاعية. ويُستخدم الفولاذ، والنحاس، والألمنيوم، وسبائك السيراميك في تصنيع أنابيب المستقبل نظرًا لتوصيليتها العالية وتكلفتها المنخفضة نسبيًا، بما يتناسب مع درجة حرارة تصميم المستقبل. وتُعرف هذه التقنية باسم الطاقة الشمسية المركزة (CSP).

يتكوّن المستقبل الشمسي من أنابيب نحاسية بقطر داخلي يبلغ 9.5 مم، تأخذ أشكالاً مختلفة (لولبي، حلزوني، وحلزوني مخروطي)، اعتمادًا على زاوية المخروط (0°، 45°، 90°، 135°، و180).

تمت دراسة الأداء الحراري، وانتقال الحرارة، وخصائص انخفاض الضغط لمبادل حراري لولبي مخروطي باستخدام أقطار أنابيب مختلفة، ومعدلات تدفق متنوعة، وزوايا مخروطية متعددة، وذلك من خلال المحاكاة العددية والتجارب العملية. أجريت الدراسة خلال أشهر يناير، فبراير، ومارس، ضمن الأوقات الشمسية اليومية الممتدة من الساعة 7:00 صباحًا حتى 1:00 ظهرًا.

تم تصنيع كل جزء استنادًا إلى اعتبارات التصميم المستخلصة من المحاكاة العددية، والتي أُنشئت بما يتوافق مع الظروف الحدية للدراسة. وأُجريت التجارب العملية في بغداد ضمن التواريخ والأوقات المحددة بناءً على نتائج التحليل العددي، بمعدل خطأ تقريبي بلغ 4%.

أظهرت النتائج أن الأنابيب الحلزونية المزودة بشريط لولبي (Twisted Tape) تُحسّن من إنتاج التدفق الثانوي، وتزيد من معدل انتقال الحرارة (عدد نوسلت Nu) بما يصل إلى أربعة أضعاف مقارنة بالأنابيب المستقيمة التقليدية. وعلى الرغم من زيادة الفاقد في الضغط الاحتكاكي، فإن انخفاض نسبة الالتواء يؤدي إلى تحسين أعلى في نقل الحرارة. كما أن ارتفاع رقم رينولدز (Re) ينتج عنه عدد نوسلت أكبر وتحسّن في نقل الحرارة عند قيم منخفضة لرقم برانتل (Pr) مثل الهواء، في حين أن معدل التحسين يكون أعلى عند Re بين 3000 و15000 في حالة السوائل ذات Pr مرتفع مثل الماء.

وكانت لجنة المناقشة برئاسة الأستاذ الدكتور(عبد الجبار نعمة خليفة) كلية الهندسة/جامعة النهرين وعضوية كل من الأستاذ الدكتور(عقيل عبدالله محمد) كلية الهندسة/جامعة النهرين و الأستاذ الدكتور (صلاح صبيح محمد) جامعة الفراهيدي والأستاذ الدكتور (حسن علي جرمط) الكلية التقنية المسيب والاستاذ المساعد الدكتور(محمود شاكر محمود) كلية الهندسة/جامعة النهرين وكانت الرسالة بإشراف الأستاذ الدكتور (احمد فخري خضير) كلية الهندسة /جامعة النهرين.