Основные публикации по солнечной энергии
Основные характеристики плоских солнечных коллекторов
Детальное исследование солнечного коллектора представляет весьма сложную задачу. К счастью, сравнительно простой анализ дает очень полезные результаты. В процессе такого анализа будут выявлены наиболее существенные переменные, а также взаимосвязь этих переменных и их влияние на режим работы солнечного коллектора. Для иллюстрации основных принципов работы в первую очередь будет рассмотрена простая конструкция, показанная на фиг. 7.3.1. Представленный анализ базируется на результатах работ Хоттеля и Уиллера [7], Блисса [1] и Уиллера [15, 16].
Для более полного понимания последующего математического описания рассмотрим градиенты температуры, типичные для солнечного коллектора, показанного на фиг. 7.3.1. На фиг. 7.3.2 изображена область между двумя трубами. Часть солнечной энергии, поглощаемой пластиной, передается по пластине в направлении к стенке трубы путем теплопроводности. Таким образом, температура коллектора между трубами будет выше, чем около труб. Температура плас-
|
|
|
Фиг. 7.3.1. Солнечный коллектор типа лист — труба. 1 - верхний гидравлический коллектор; 2 — нижний гидравлический коллектор; 3 - п труб, расположенных на расстоянии W друг от друга; 4 — лист (поглощающая пластина); 5 — соединение; 6 — труба (не в масштабе); 7 — изоляция. |
|
у-const |
|
|
. 1 Триба 1 Лист |
J #t*L |
|
► 1 Н |
---- |
|
|
Фиг. 7.3.2. Распределения температуры поглощающей пластины.
тины на участках, расположенных над трубами, будет почти постоянной благодаря выравнивающему влиянию трубы и металла сварного шва.
Под действием тепла, сообщаемого жидкости, она нагревается, и в ней возникает градиент температуры в направлении течения. Поскольку на любом участке коллектора общий уровень температуры определяется уровнем местной температуры жидкости, пространственная картина температурного поля будет выглядеть подобно показанной на фиг. 7.3.2, б. Иа фиг. 7.3.2, в и г представлены распределения температуры в направлении оси х при любом значении у ив направлении оси у при любом значении х соответственно.
При описании картины, представленной на фиг. 7.3.2, можно сделать ряд основных упрошающих допущений, не искажая физической сущности процесса. Эти важные Допущения следующие:
1. Режим работы стационарный.
2. Рассматривается конструкция типа лист — труба.
3. Гидравлические коллекторы занимают малую площадь системы в целом и могут не учитываться.
4. Гидравлические коллекторы обеспечивают равномерное распределение теплоносителя по трубам.
5. Поглощение солнечной энергии покрытиями не влияет на потери коллектора.
6. Тепловой поток через покрытия является одномерным.
7. Перепадом температур по толщине покрытия можно пренебречь.
8. Тепловой поток через теплоизоляцию нижней стенки является одномерным.
9. В области длинноволнового излучения небосвод можно рассматривать как абсолютно черное тело при некоторой эффективной температуре небосвода.
10. Градиентами температур по периметру труб можно пренебречь.
11. Градиенты температур в направлении потока и между трубами могут рассматриваться независимо друг от друга.
12. Свойства материалов не зависят от температуры.
13. Потери через верхнюю и нижнюю стенки коллектора происходят в окружающую среду, имеющую постоянную температуру.
14. Запыление и загрязнение коллектора не учитываются.
15. Затенение поглощающей пластины коллектора пренебрежимо мало.
В последующих разделах этой главы многие из приведенных выше допущений будут менее строгими.
