ВОПРОСЫ ТЕОРИИ. И ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА В ПЛОСКОМ СОЛНЕЧНОМ КОЛЛЕКТОРЕ

Одним из способов повышения показателей солнечного коллектора является обеспечение равномерности потока теплоносителя в коллекторе. В первую очередь, это отно­сится к воздушным гелиоколлекторам. Определяя расчет­ным путем поля скоростей и температур для различных схемных решений, методом последовательных приближе­ний можно установить оптимальное решение этой задачи. Для этого надо решить уравнения конвективного теплооб­мена в коллекторе.

Рассмотрим систему дифференциальных уравнений, описывающих процесс тепломассообмена в воздушном коллекторе. Среду полагаем несжимаемой и без внутрен­них источников теплоты или массы. Кроме того считаем, что масса переносится только за счет концентрационной диффузии и конвекции. При умеренных скоростях в при­ближении теории пограничного слоя имеем [69]:

- уравнение неразрывности

Подпись: (1.191)дх ду

image278 image279

уравнение движения

Если гравитационные силы малы, продольный гради­ент давления Эр/Эя; = 0, теплофизические свойства среды полагаются постоянными, то система уравнений принима­ет вид

divpir = 0;

(1.195)

Dw 2

----- = oV ;

Sr

(1.196)

— = DV2C; Эт

(1.197)

Dt о — = aV t.

St

(1.198)

Идентичность записи трех последних уравнений отра­жает факт подобия процессов переноса количества движе­ния, массы и энергии.

В уравнениях (1.191)-(1.198) приняты обозначения: w, w - составляющие скорости; р - плотность; т - вре­мя; р - давление; gx - ускорение свободного падения; р - динамическая вязкость; С - удельная концентрация; D

- коэффициент молекулярной диффузии; Ср - средняя удельная изобарная теплоемкость; X - теплопроводность; а - температуропроводность; D - субстанциальная произ­водная; V2 - оператор Лапласа.

Расчеты выполнены с помощью лицензионного при­кладного программного пакета Phoenics (версия 3.5) фир­мы СНАМ (Великобритания).

Схема воздушного коллектора приведена на рис. 1.28.

Размеры коллектора:

длина (координата х) 1,9м;

ширина (координата у) 0,9м;

высота (координата z) ширина щелей (координата у)

Подпись: 0,14 м; 0,9 м.\

Рис. 1.28.

Схема воздушного гелиоколлектора

Температура поступающего в коллектор воздуха t = 20 °С.

Приведенные обозначения означают следующие вари­анты расчета (входная скорость, м/с, - температура дна, °С, которая может иметь два значения): 2-50; 2-30; 2-50-30; 5-50; 5-30;5-50-30;8-50; 8-30; 8-50-30.

При численном моделировании использовалась расчет­ная сетка:

50 ячеек вдоль канала (координата х) с равномерной разбивкой;

126 ячеек по высоте канала (координата г) со сгущени­ем сетки около дна и крышки канала (показатель 1, 2);

1 ячейка по ширине канала (координата у) для модели­рования псевдодвумерного течения.

По результатам расчетов построены графики измене­ния скорости, статического давления и температуры пото­ка теплоносителя в коллекторе (рис. 1.29-1.43).

Анализ полученных данных позволяет сделать следую­щие выводы.

На начальном участке канала скорость потока по высо­те коллектора очень неравномерна (рис.1.29, 1.34 и 1.39). В дальнейшем поле скорости выравнивается, и вблизи выход­ного сечения профиль ее близок к равномерному. С увеличе­нием скорости на входе в канал растет неравномерность ее как по сечению канала, так и по ходу течения потока. Сле­довательно, при росте напора воздуха, поступающего в кол­лектор, надо увеличить размеры входных и выходных щелей.

Рис. 1.29.

Подпись: Т, "С j Р, Па ( и, м/сimage282image283Подпись: 2, М Профили продольной состав­ляющей скорости по высоте коллектора (координата г) в различных сечениях по дли­не канала (координата х). На­чальная скорость потока 2 м/с

Рис. 1.30.

Изменение статического дав­ления по длине коллектора (координата х). Начальная скорость потока 2 м/с

Рис. 1.31.

Профили температуры

по высоте коллектора (координата г) в различных сечениях по длине канала (координата ос). Начальная скорость потока 2 м/с, температура дна 50 °С

Рис. 1.32.

Подпись:Подпись:image287Профили температу­

ры по высоте коллектора (координата г) в различных сечениях по длине канала (ко­ордината х). Начальная ско­рость потока 2 м/с, темпера­тура дна 30 °С

Подпись:Подпись: U, м/сПодпись: 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 Z, м image291Рис. 1.33.

Профили температуры по дли­не коллектора (координата х) в сечении z = 0,014 м при раз­личных температурах дна. Начальная скорость потока 2 м/с

Рис.1.34.

Профили продольной состав­ляющей скорости по высоте коллектора (координата г) в различных сечениях по дли­не канала (координата х). На­чальная скорость потока 5 м/с

Рис. 1.35.

Подпись: в X, м image293Изменение статического дав­ления по длине коллектора (координата х). Начальная скорость потока 5 м/с

Рис. 1.36.

Профили температу­

ры по высоте коллектора (координата г) в различных сечениях по длине канала (ко­ордината х). Начальная ско­рость потока 5 м/с, темпера­тура дна 50 °С

г, м

 

 

image294Подпись: 2, м
Рис. 1.37.

Профили температу­

ры по высоте коллектора (координата г) в различных сечениях по длине канала (ко­ордината я). Начальная ско­рость потока 5 м/с, темпера­тура дна 30 °С

image296Подпись: X, м
Рис. 1.38.

Профили температуры по дли­не коллектора (координата х) в сечении г = 0,014 м при раз­личных температурах дна. Начальная скорость потока 5 м/с

Подпись:Подпись: х = 0,266 м х = 0,646 м X = 1,14 м X = 1,634 м X = 1,862 мПодпись:image301Подпись: X, мimage303Рис. 1.39.

Профили продольной состав­ляющей скорости по высоте коллектора (координата г) в различных сечениях по дли­не канала (координата х). На­чальная скорость потока 8 м/с

Рис. 1.40.

Изменение статического дав­ления по длине коллектора (координата х). Начальная скорость потока 8 м/с

image304Подпись: 2, М
image306

image307
image308

Рис. 1.42.

Профили температу­

ры по высоте коллектора (координата г) в различных сечениях по длине канала (ко­ордината х). Начальная ско­рость потока 8 м/с, темпера­тура дна 30 °С

Рис. 1.43.

Профили температуры по дли­не коллектора (координата х) в сечении г = 0,014 м при раз­личных температурах дна. Начальная скорость потока 8 м/с

X, м

 

 

Закономерность изменения статического давления (рис. 1.30, 1.35 и 1.40) мало зависит от скорости поступаю­щего воздуха. В начале канала происходит отрыв потока, что объяснимо резким изменением проходного сечения от щели к коллектору. Отрывные явления сопровождаются потерями энергии, поэтому рекомендуется края выходного сечения щели делать закругленными.

Профили температуры по высоте коллектора (коорди­ната z) и длине канала (координата х) мало зависят от на­чальной скорости потока и от температуры теплоотдающей пластины коллектора. В начале сечения коллектора для всех анализируемых вариантов температура воздуха равна 20 °С, но по мере продвижения по коллектору она растет: при температуре пластины 30 °С - до 25 °С, а при темпера­туре пластины 50 °С - до 30 °С (рис. 1.31 и 1.32, рис. 1.36 и 1.37, рис. 1.41 и 1.42). С увеличением скорости потока уменьшаются интенсивность нагрева и степень равномер­ности нагреваемого воздуха.

В каждом конкретном случае, учитывая функциональ­ные характеристики коллектора, можно определить его оптимальные конструктивные и режимные параметры.

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ. И ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГЕЛИОУСТАНОВОК

На основании результатов исследований автора Крас­нодарской лабораторией энергосбережения и нетрадици­онных источников энергии АКХ были разработаны Реко­мендации по проектированию гелиоустановок котельных и ЦТП. В данной работе были исследованы следующие во­просы: анализ …

СОЛНЕЧНО-ТОПЛИВНЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ

Для солнечных водонагревательных установок соотно­шение параметров при отсутствии теплового дублёра выра­жается уравнением: О Л 0,278 10-3АЕ/ лг =ОгсрУ2-Ь), i-n vi - интенсивность суммарной солнечной радиации в плоскости сол­нечных коллекторов за …

ГЕЛИОУСТАНОВКИ БОЛЬШОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

В 1989 г. по проекту автора в Краснодаре была построе­на и эксплуатируется до настоящего времени гелиоуста­новка издательства «Советская Кубань» с площадью сол­нечных коллекторов 260 м2. Солнечные коллекторы (432 шт.) размещены …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов оборудования:

Внимание! На этом сайте большинство материалов - техническая литература в помощь предпринимателю. Так же большинство производственного оборудования сегодня не актуально. Уточнить можно по почте: Эл. почта: msd@msd.com.ua

+38 050 512 1194 Александр
- телефон для консультаций и заказов спец.оборудования, дробилок, уловителей, дражираторов, гереторных насосов и инженерных решений.