CC BY
13
Л1тература
1. Губернский Ю.Д. Экономия энергии и топлива при управлении микроклиматом / Ю.Д. Губернский, Д.И. Исмаилова // Водоснабжение и санитарная техника. - 1985. - № 3. -С. 11-12.
2. Возняк О.Т. Устройство для пульсирующей подачи воздуха в салон транспортного средства / О.Т. Возняк та ш. АС № 1382674, БИ № 11, 1988 г.
3. Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях / М.И. Гримитлин. - М. : Стройиздат, 1982. - 164 с.
4. Банхиди Л. Тепловой микроклимат помещений / Л. Банхиди. - М. : Стройиздат, 1981.
- 248.
5. Возняк О. Динамiчний мжрокшмат та енергоощадшсть / О. Возняк // Вюник Нащ-онального ушверситету "Львiвська полггехнжа". - Сер.: Теплоенергетика. Iнженерiя довкшля. Автоматизащя. - Львiв : Вид-во НУ "Львiвська полiтехнiка". - 2010. - № 460. - С. 150-153.
6. Ловцов В.В. Системы кондиционирования динамического микроклимата помещений / В.В. Ловцов, Ю.Н. Хомутецкий. - Л. : Стройиздат, 1991. - 152 с.
Возняк О.Т. Воздухораспределение взаимодествием встречных не-соосных струй в пульсирующем режиме
Рассмотрено воздухораспределение взаимодействием встречных несоосных струй в пульсирующем режиме. Определены динамические параметры воздушного потока, образованного взаимодействием встречных несоосных плоских струй, при их вытекании в пульсирующем режиме и создании динамического микроклимата в помещении.
Ключевые слова: воздухораспределение, плоская струя, пульсирующий режим, динамический микроклимат, взаимодействие струй, встречные несоосные струи, скорость движения воздуха, затрата.
Vozniak O.T. Air distribution by interaction of opposite non axial jets at variable regime
Air distribution by interaction of opposite non axial jets at variable regime has been regarded. Dynamic parameters of air flow that is created due to interaction of opposite non axial flat air jets at their leakage at variable regime and creation of dynamic microclimate in a room has been determined.
Keywords: air distribution, flat jet, variable regime, dynamic microclimate, jets interaction, opposite non axial jets, air velocity, flow rate.
УДК 697.92 Астр. Х.Р. Лесик; доц. В.М. Желих, канд. техн. наук -
НУ "Львiвська полiтехнiка "
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТЕПЛОВО1 ПОТУЖНОСТ1 ТЕРМОСИФОННОГО СОНЯЧНОГО КОЛЕКТОРА
Представлено результати натурних експериментальних дослщжень iз визначен-ня теплово! ефективност гелюколектора, залежно вщ значення числа Ие. Встановле-но коефщент корисно! ди запропонованого термосифонного сонячного колектора. Отримано залежност для визначення юлькосп отриманого тепла.
Ключовг слова: термосифонний сонячний колектор, повггряна система опален-ня, природна конвекщя, теплопоглинаюча поверхня, число Рейнольдса.
Актуальшсть роботи. Останшм часом дедал1 бшьше уваги придшя-ють питанням використання еколопчно чистих вщновлюваних джерел енер-гп. Актуальшсть 1 перспективнють цього напрямку енергетики зумовлеш двома основними факторами: складним станом екологп та обмеженим запа-
сом покладiв оргашчного палива. Серед невичерпних джерел енергп сонячну радiацiю вважають найбшьш перспективною, завдяки сво!й невичерпносп, еколопчнш чистотi та загальнодоступностi.
1снуе багато варiантiв використання сонячних установок для забезпе-чення iндивiдуальних потреб в обiгрiваннi та теплопостачаннi будинкiв коте-джного типу. Одним iз енергоощадних заходiв опалення примiщень е засто-сування повiтряних систем iз пасивним використанням енергп Сонця. Поварят колектори - це простi плосю конструкцп, основною перевагою яких е те, що 1м не властиве замерзання i закипання теплоносiя, на вщм^ вiд рiдинних систем. Для покращення ефективностi роботи сонячного повггрона^вача не-обхiдно пiдвищити коефiцiент тепловiддачi мiж теплопоглиначем та теплоно-шем. 1снують два основнi методи досягнення дано1 мети. Згiдно з першим -збшьшити площу поверхнi теплообмшу, а з другим - збшьшити конвектив-ний теплообмiн, завдяки штенсифжацп перемiшування повiтряних мас, шляхом надання нерiвностi поверхнi теплопоглинально1 пластини [1].
З метою тдвищення ефективносп роботи повiтряних сонячних колек-торiв за мiнiмальних втрат тиску використовували теплопоглиначi з рiзною формою поверхш. Для зручностi роботи Брiдж Бушан [2] роздiлив цi заходи на чотири групи: перша - використання фжсованого проводу; друга - мета-лево! штки; третя - ребер; четверта - заглибин. У роботах Мрщула Шарма [3], 1рфана Куртбаса [4], Гупта М. [5] здшснено огляд та порiвняльну характеристику рiзних видiв нерiвностей. Вони прийшли до висновку, що за бшь-ших значень числа Яе кращий результат у сонячних колекторiв з ребрами V-подiбноl форми, а за низького Яе - з заглибина клиноподiбноl форми.
Бiльшiсть дослщжень пасивних сонячних нагрiвачiв здiйснено для кра!н зi спекотним клiматом в лабораторних умовах або за допомогою комп'ютерного моделювання. Вiдомi конструкцп термосифонних сонячних колекторiв потребують модифжацп та удосконалення з метою пiдвищення ефективносп 1х роботи в умовах помiрного клiмату та зменшення катталь-них i експлуатацiйних затрат. Недостатня кшьюсть iнженерних методiв тд-бору та розрахунку таких пристро!в потребуе додаткового !х дослiдження i розроблення науково обгрунтованих методик.
Постановка задач1 мета дослвджень. Робота спрямована на експери-ментальне вивчення коефiцiента корисно! ди запропонованого термосифонного сонячного колектора тд час дослiдження його в натурних умовах для помiрного кшмату, зокрема для м. Львова.
Методика експериментальних досл1джень. Дослiдження проводили на експериментальнш установцi (рис. 1 а), що складаеться з герметичного та теплоiзольованого корпусу колектора, шару теплово! iзоляцil, металево! теп-лопоглинально! пластини чорного кольору, з загальною площею поверхнi 1,2 м2, скляно! пластини. У вхщному та вихiдному отворах колектора вставлено регулятивш засувки.
На рис. 2 зображено схему запропонованого пристрою, який працюе так. Корпус колектора 1 встановлюють в конструкщю похилого даху, вхщ-ний отвiр 5 та вихiдний отвiр 6 розташованi в примiщеннi, що обiгрiваеться.
Сонячнi промеш проходять крiзь свiтлопроникну пластину 4, поглинаються теплопоглинальною пластиною 3, вщбуваеться перетворення сонячно! енерги в теплову. За рахунок рiзницi температур виникае "термосифонний ефект", тобто холодне повпря з примiщення через отвiр 5 находить в колектор, оми-вае нагрггу абсорбувальну пластину 3, шдшмаеться вгору i нагрiтим повер-таеться в примщення через вихiдний отвiр 6. Швидкiсть та об'ем повггря, що походить через корпус колектора 1, регулюються за допомогою засувок 7.
а) в)
Рис. 1. Загальний вигляд експериментально'1установки (а); прилади вим1рювання: термоанемометр АТТ004 (б); трометр Нимбус-530 (в)
Рис. 2. а) гелюколектор в розрЫ; б) встановлений на даху гелюколектор:
1) корпус колектора; 2) шар тепловог ¡золяцп; 3) теплопоглинальна пластина;
4) свтлопроникна пластина (скло); 5) вхгдний отв1р; 6) вихгдний отв1р;
7) регулятивна засувка
Наявшсть корпусу з удосконаленими характеристиками дае змогу зменшити тепловтрати колектора. Покриття чорного кольору покращуе пог-линання енерги сонця, а вщсутшсть вентиляторiв та повiтропроводiв спро-щуе конструкцш сонячного колектора та значно зменшуе експлуатацшш витрати.
Першим етапом дослщжень було визначення коефщента корисно! дИ термосифонного сонячного колектора. Результати замiрiв фiксували кожш 10-15 хвилин протягом 7-и годин, за змши площi отворiв колектора. За допомогою термоанемометра АТТ004 (рис. 1 б) вимiрювали температуру на вход^ а на виходi з пристрою, ^м температури, визначали i швидкiсть руху тепло-
ношя. Для вимiрювання температури теплопоглинально! пластини гелюко-лектора використовували пiрометр марки Нимбус-530 (рис. 1 в). Замiри ш-тенсивностi сонячного випромiнювання здiйснювали за допомогою альбедо-метра. Дослiди проводили в дш з рiзними температурами навколишнього се-редовища. Температура зовшшнього повiтря змiнювалася в межах 19-27 °С, iнтенсивнiсть сонячного випромiнювання - вiд 380 до 1250 Вт/м2
Запропонований гелiоколектор працюе за принципом вшьно! конвек-цп. Для тдрахунку теплово! ефективностi установки було використано методику, описану М.А. Мiхeeвим [6]. За законом Ньютона-Рiхмана:
q = a-(t„ -tx) (1)
де: q - густина теплового потоку, Вт/м2; а - коефщент тепловщдач^ Вт/(м2-°С); tn - температура нагргго! теплопоглинаючо! пластини, °С; tn - температура повпря, на входi в колектор, °С. Для визначення середнього коефь цieнта тепловiддачi тд час ламiнарного руху теплоносiя юнуе залежнiсть:
Nun = 0.66 X Re05x Pr^gi)' . (2)
Для визначення середнього коефщента тепловiддачi тд час турбулентного руху теплоноия:
NUn = 0.66.Re0,8-Prr-^ J" ^ (3)
- a-l
У стввщношеннях (2) та (3): Nun =--середне значення числа Нуссельта;
Лx
Rein = W° l - число Рейнольдса; Prn = U - число Прандтля; Prn = U - число
Sx ax an
Прандтля, що характеризуе параметри повиря пiсля гелiоколектора; ю° -швидюсть руху теплоносiя, м/с; и - юнематичний коефiцiент в'язкостi, м2/с; Лх - коефiцiент теплопровiдностi теплоношя, Вт/м^С.
1ндекси "х" i "п" вказують на те, що фiзичнi властивостi повiтря належать до температури повпря в примiщеннi (tx) i нагрпо! тепло- поглинально! пластини (tn).
Для повпря Pr = 0.71 Формули (2) та (3) набудуть вигляду:
• для ламшарного руху теплоноая:
NUX = 0.57 -Re£5 (4)
• для турбулентного руху теплоноая:
NUIX = 0.032 -Ref (5)
Як вiдомо, режим руху теплоноая визначають величиною критерiя Рейнольдса. Обчислет значення змiнюються в межах вщ 14,5х103 до 28,5х103, що е характерним для ламшарно! повпряно! течи. З урахуванням наведеного, коефщент тепловiддачi було визначено iз залежносл:
а = м""1 . (6)
Кiлькiсть тепла, утилiзованого гелiоколектором:
е = а- & - д, (7)
де ¥ - площа свплопропускно! поверхнi гелiоколектора, м2. Коефiцiент ко-рисно! ди запропонованого колектора було визначено за формулою:
П= — -100%, (8)
I - А
де I - штенсившсть сонячного випромшювання, Вт/м2.
Оцiнку вимiрювання результатiв експериментальних дослiджень ви-конували на основi визначених за критерiем Стьюдента вщносних i абсолют-них похибок [6]. 1х значення перебувае в межах вщ 3 до 5 %.
Виклад результатiв дослiджень. На основi експериментальних досль джень побудовано графж залежностi потужностi термосифонного сонячного колектора вщ змiни витрати теплоносiя та перепаду температур у вхщному i вихiдному отворi установки за температур навколишнього середовища /нс=21оС; (рис. 3).
Рис. 3. Залежшсть тепловоз nomy^iHocmi термосифонного сонячного
колектора (Q, Вт) eid витрати теплоноЫя (L, м /год) та перепаду температур у вхiдному i вихдному отворi колектора (At, °С) за ^с=21°С
З рисунку видно, що у pa3i збшьшення хоча б одного фактора впливу, зростае i кшьюсть тепла, утилiзованого гелюколектором. Наприклад, у pa3i витрати повiтря 25 м3/год i перепаду температур 4°С (рис. 3) кiлькiсть отрима-ного тепла становитиме 23 Вт, за rie! само! витрати, але рiзницi 12 °С потуж-нiсть зросте до 60 Вт. На основi експериментальних даних отримано залежшсть [9] для знаходження теплово! потужносл. Лшшш залежностi номограми було функщонально описано за допомогою матричного методу [7] i3 застосу-ванням комп'ютерно! програми GRAPHER та зведено в одне рiвняння:
0 = 0,41 + 0,023-М + (0,203 + 0,206-М)-Ь + (-0.12 + 0.014-М)-Ь2, Вт (9)
К^м цього побудовано графж залежностi теплово! потужностi соняч-ного колектора вiд витрати теплоноЫя та iнтенсивностi радiацiйного випро-мшювання (рис. 4).
Ь, мУгод
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Рис. 4. Залежшсть потужност1 термосифонного сонячного колектора ^, Вт) вiд витрати теплоноая (Ь, м3/год) та iнтенсивностiрадiацiйного випромтю-
вання (I, Вт/м2)
Шсля апроксимаци було одержано таку анал^ичну залежшсть: 0 = 24.12 - 0.015 -1 + (0.71 - 0.0004 -1) - Ь, Вт
де I - штенсившсть радiацiйного випромшювання, Вт/м2.
Результати дослщжень показали, що за шдльност сонячного теплового потоку 600 Вт/м2, що вщповщае значенням деяких осшшх i весняних мюя-щв опалювального перюду, повггря за незначний промiжок часу прогрь ваеться вiд 5 до 12,5 °С. Основною характеристикою сонячного колектора е його теплова ефектившсть. Коефiцiент теплово! ефективностi розраховували як вiдношення корисного теплового потоку, який йде на на^в теплоноЫя, до повного теплового потоку, який спадае на теплопоглинальну поверхню колектора. За отриманими даними шдраховано, що коефiцiент корисно! ди термосифонного сонячного колектора становить 30 %.
Висновки. Проведено аналiз юнуючих дослщжень в галузi пасивно! гелiоенергетики, зокрема повггряних сонячних колекторiв.
Запропоновано конструкцш термосифонного сонячного колектора з герметичним та утепленим корпусом, який може використовуватися як час-тина даху. Визначено закономiрностi впливу витрати теплоноЫя, перепаду температур та штенсивност радiацiйного випромiнювання на потужнiсть ге-лiоколектора. На основi опрацьованих експериментальних даних пiдраховано коефiцiент корисно! ди установки для клiматичних умов м. Львова та отрима-но ряд узагальнювальних залежностей для знаходження теплово! ефектив-ност гелюколектора.
Л1тература
1. Aloy Kaze Клод. On the Comparison of some Selected Artificial Roughness Geometries used in Solar Air Collectors / Kaze Aloy Клод // Energy and Exergy Analysis. European Journal of Scientific Research. - 2010. - Vol. 45, No. 2. - P. 136-139.
2. Brij Bhushan. A review on methodology of artificial roughness used in duct of solar air heaters / Bhushan Brij, Singh Ranjit // Energy. - 2010. - Vol. 35. - P. 202-212.
3. Mridul Sharma. Varun Performance estimation of artificially roughened solar air heater duct provided with continuous ribs / Sharma Mridul // Department of Mechanical Engineering, National Institute of Technology, Hamirpur, India. - 2010. - Vol. 38. - P. 172-178.
4. Irfan Kurtbas. Firat University, Mechanical Education Department, Elazig, TURKEY / Kurtbas Irfan and Turgut Emre // International Journal of Science & Technology. - 2006. - Vol. 1, No. 1. - P. 75-82.
5. Gupta M.K. Performance evaluation of solar air heater having expanded metal mesh as artificial roughness on absorber plate / M.K. Gupta, S.C. Kaushik // Int. J. of Thermal Sciences. - 2009. - Vol. 48. - P. 1007-1016.
6. Михеев М.А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеев. - Изд. 4-ое, [пере-раб. и доп.]. - М. : Изд-во "Энергия", 1977. - 344 с.
7. Возняк О.Т. Основи наукових дослщжень у будiвництвi / О.Т. Возняк, В.М. Желих. -Львiв : Вид-во НУ "Львiвська полггехнжа", 2003. - 173 с.
Лесик Х.Р., Желих В.М. Экспериментальное исследование тепловой мощности термосифонного солнечного коллектора
Представлены результаты натурных экспериментальных исследований по определению тепловой эффективности гелиоколектора, в зависимости от значения числа Re. Установлен коэффициент полезного действия предложенного термосифонного солнечного коллектора. Получены зависимости для определения количества полученного тепла.
Ключевые слова: термосифонный солнечный коллектор, воздушная система отопления, естественная конвекция, теплопоглощающая поверхность, число Рейнольдса.
Lesik Ch.R., Zhelykh V.M. Experimental research of thermal power of thermo-siphon solar collector
In this article presents the results of natural experiments to determine the thermal power of solar collector depending on the value of the number Re. It was determined the efficiency of the proposed thermo-siphon solar collector. Obtained dependences for determining the amount of generated heat.
Keywords: thermo-siphon solar collector, air heating system, natural convection, absorbent surface, Relnolds number.
УДК 66.047 Здобувач Б.М. Микичак1; проф. П.В. Бтей1, д-р техн. наук;
доц. Д.П. ШндзерО2, канд. техн. наук
Г1ДРОДИНАМ1КА Ф1ЛЬТРАЦ1ЙНОГО СУШ1ННЯ ПАКЕТА ШПОНУ
Представлено результати експериментальних дослщжень гщродинамжи пакетного сушшня шпону фшьтрацшним методом. Отримано критерiальнi залежносп, яга дають змогу використовувати результати для проектування нового сушильного об-ладнання.
Ключов1 слова: шпон, фшьтрацшне сушшня, пакет лис™ шпону, гщродинамжа, тепловий агент, крш^альш рiвняння, втрати тиску, геометричш параметри пакета.
1 НЛТУ Украши, м. Льв1в;
2 НУ "Льв1вська поттехшка"
