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

ТЕПЛООБМЕН В НАКЛОННЫХ КАНАЛАХ

Солнечные коллекторы, как правило, устанавливаются с наклоном по отношению к горизонтальной поверхности. Надо полагать, что при прохождении теплоносителя коэф­фициент теплоотдачи и плотность теплового потока будут зависеть от угла наклона коллектора. Данный вопрос особо существенен при использовании в качестве теплоносителя воздуха. В этом отношении заслуживает внимания работа

[74]. Авторы выполнили исследования в диапазоне числа Рэлея до 108, углы наклона коллектора от горизонтальной поверхности изменяли в диапазоне 0 < ср < 70°.

Результаты исследования показа­

ли, что при числах Рэлея вплоть до Ra = 50000 для всех значений угла ср < 70° коэффициент те­плообмена хорошо аппроксимируется уравнением

Nu = 1,44 [1 - 1708/(Ra coscp)]. (1.186)

При больших значениях числа Рэлея замена Ra на Racoscp может привести к существенным погрешностям, особенно в пределах изменений 1708 < Racoscp < 104 и 30° ^ ср й 60°.

Данные, приведенные в работе [75], показали, что при значительных числах Рэлея изменяется структура потока. При этом термическое сопротивление сосредоточено в двух пограничных слоях, находящихся в двух ограничиваю­щих поверхностях.

Для ср < 70° число Нуссельта

Nu = Racoscp/5830. (1.187)

Авторами получена единая формула для определения коэффициента теплообмена наклонного воздушного слоя в условиях свободной конвекции для любых значений числа Рэлея вплоть до Ra = 108:

Nu = 1 + 1,44 [1 - 1708/(Racoscp)] + [(Racoscp/5830)1'3 - Щ1.188)

Более точные исследования выполнил X. Инхаба [76]. Им исследован процесс свободной конвекции. Теплоноси­телем служил воздух. Из результатов исследований следу­ет, что угол наклона коллектора оказывает существенное влияние на структуру потока и на значение коэффициента
теплоотдачи. Для определения коэффициента теплоотдачи предлагается расчетная зависимость

Nu = 0,381(sincp)0,674Ra.

Формула (1.189) применима для пределов изменения угла ср = 30...90° при значениях Ra = 2*103...6*105. В этой формуле использовано модифицированное число Рэлея:

Ra = gsincp р ATd3(ia),

где g - ускорение свободного падения; р - коэффициент теплового расширения; АТ - разность между температу­рой нагретой поверхности и средней температурой возду­ха на входе в канал; d - минимальное расстояние между противоположными наклонными боковыми стенками ка­нала; р - коэффициент динамической вязкости; а - коэф­фициент температуропроводности.

В работе [74] приведены результаты эксперименталь­ных исследований теплообмена при наклонном натекании струи на плоскую поверхность. Угол между поверхностью и осью струи изменялся от 90° до 30°, а число Рейнольдса струи - в диапазоне 1*104...3,104. Получены изотермы, определяющие поля температур на плоскости, при раз­личных значениях плотности теплового потока. При на­клонном поступлении теплового потока точка максиму­ма коэффициента теплоотдачи смещается относительно точки пересечения геометрической оси потока с поверх­ностью пластины. По предложенным расчетным соотно­шениям можно найти среднее значение теплового потока, передаваемого пластине. Результаты этих исследований могут быть использованы для оценки теплоотдачи сол­нечных лучей в зависимости от их наклона в течение дня по отношению к тепловоспринимающей поверхности коллектора.