Основные публикации по солнечной энергии

Распределение потока в коллекторах

Стандартные конструктивные расчеты и определение эффектив­ности коллекторов основаны на предположении о равномерном распре­делении потока по всем подъемным трубам нагревательной системы с одним или несколькими коллекторами. При неравномерном распре­делении потока некоторые участки коллектора, содержащие трубы с малым расходом, могут иметь температуру, намного превышающую

температуру участков с более высоким расходом жидкости. Поэтому гидравлические расчеты как обоих гидравлических коллекторов от­дельного коллектора, так и соединительных трубопроводов в систе­ме из нескольких солнечных коллекторов имеют очень важное значе­ние для обеспечения высокой эффективности коллектора. Эта пробле­ма была рассмотрена аналитически и экспериментально в работе Данк - ла и Дэйви [8]. Она имеет особенно важное значение для больших сис­тем с принудительной циркуляцией, поскольку системы с естествен­ной циркуляцией являются в какой-то степени саморегулирующимися и для них подобная проблема не имеет решающего значения.

В предположении, что течение в гидравлических коллекторах турбулентное, а в подъемных трубах ламинарное (вполне логичное предположение для типа водонагревателей, изготовленных в Австра­лии), Данкл и Лэйви определили величину перепада давления между гидравлическими коллекторами для наиболее распространенного слу­чая, когда вода входит в нижний канал коллектора с одной стороны, а выходит из верхнего канала с противоположной стороны. Для экс­периментального подтверждения полученных уравнений они рас­смотрели батарею из шести обыч­ных солнечных коллекторов раз­мером 0,60 х 1,20 м каждый, в которых гидравлические каналы имеют диаметр 2,54 см, а подъ­емные трубы диаметр 1,3 см. Об­щая длина гидравлических каналов составляла 46 м, вязкость воды принималась равной 6,6 • Ю^4 (Нх х с)/м2, коэффициент трения в каналах 0,10, а массовый расход во всей батарее 218 кг/ч. Для этих условий расчетное распреде ление давления в верхнем и ниж­нем каналах коллектора имеет вид, показанный на фиг. 11.5.1.

Последствия такого распределе­ния давления вполне понятны, а именно увеличение перепада дав­
ления между верхним и нижним каналами на концах по сравнению со средней частью приводит к увеличению массового расходн в перифе­рийных подъемных трубах и уменьшению расхода в центральных тру­бах. Это подтверждено экспериментально. Температуры поглощающих поверхностей коллекторов характеризуют эффективность отвода энер­гии. Таким образом, различие температур, измеренных в некоторых соответствующих точках на поверхности отдельных коллекторов в батарее, является показателем неоднородности потока в подъемных трубах. На графике 11.5.2, полученном Данклом и Дэйви, показаны результаты измерения температур для батареи из двенадцати коллек­торов, соединенных параллельно. Согласно приведенным данным, раз­ности температур между центральной частью и крайними участками батареи достигают 22°С. Это различие весьма существенное, что мож­но показать, рассмотрев баланс энергии коллектора. Соединяя отдель­ные коллекторы в последовательно-параллельные или параллельно-по­следовательные группы, как показано на фиг. 11.5.3. можно добиться более равномерного распределения потока и температуры.

Ed

Фиг. 11.5.3. Различные методы соединения коллекторов в батареи [7]. А - последовательно-параллельное соединение; В — параллельно-по­следовательное соединение.

На основании результатов этих исследований Данкл и Дэйви ре­комендуют применять в конструкциях гидравлические каналы доста* точно большого диаметра, с тем чтобы падение давления в основном имело место в подъемных трубах. Батареи с числом подъемных труб до 24 удовлетворительно работают в режиме как естественной, так и принудительной циркуляции. В батареях с принудительной циркуля­цией при числе подъемных труб, превышающем 24, не следует соеди­нять параллельно более 16 подъемных труб. Для больших батарей мож­но применять последовательно-параллельное или параллельно-после­довательное соединение.