CC BY
23ИЛМ^ОИ ФИЗИКА ВА МАТЕМАТИКА / ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
МЕТОД РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ОТ АБСОРБЕРА К ТЕПЛОНОСИТЕЛЮ В СИФОННЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР
Кобулиев З. В.
Институт водных проблем, гидроэнергетики и экологии Академии наук. Республики
Таджикистан Алимардонов Э.
Бохтарский государственный университет им Носира Хусрава
Амонулоев А. Р.
Институт водных проблем, гидроэнергетики и экологии Академии наук. Республики
Таджикистан Абдуллоев Х.В. Рахимов Х. А. Рахимов З. С.
Институт энергетики Таджикистана
С учётом описаний работы системы можно видеть, что на эффективность работы каскадной сифонного солнечного коллектора оказывают влияние ряд факторов, таких как интенсивность солнечной радиации, температура окружающей среды, геометрические параметры солнечного сифонного коллектора, теплофизические параметры абсорбера и температура теплоносителя, материал элементов, а так же другие факторы, влияющие на окончательную температуру и режим работы системы.
Для того чтобы каскадный солнечный коллектор со сифоном работается с максимальной эффективностью, необходимо, обеспечить определенное соотношение теплотехнических параметрами коллектора, а также использование рациональное материалы абсорбер.
Для решения поставленных задач рассматривается расчетная схема
которые приведена на рис. 1.
При принятии данной расчетной схемы были приняты допущения, что потери через корпус коллектора малы и ими можно пренебречь, первоначальная температура абсорбера и теплоносителя наперед заданы, толщина пластины пренебрежимо мала по сравнению с его длиной и шириной, процесс передачи тепла от пластины к теплоносителю происходит в стационарном установившемся режиме. В данной постановке задачи принудительное движение теплоносителя относительно поверхности абсорбера в период процессе теплопередачи не учитывается, считаем, что наполнение и опорожнение коллектора происходит периодический.
Рис.1. Расчетная схема коллектора.
1 - светопрозрачное покрытие; 2 — тепловоспринимающая пластина; 3 —теплоноситель; 4 — корпус; 5— изоляция; / - интенсивность солнечной радиации; ^ —температура окружающей среды; ^ - температура воздуха между двух пластин; ^ - температура пластины;
- температура воды; tN - температура изоляции; 81— толщина пластины; 82- толщина изоляции; Ь - расстояние между двух пластин; Д - расстояние между пластиной и изоляции. Дифференциальное уравнение нестационарной теплопроводности в твердых телах имеет
вид
а*{1 I + ^ = ^ (1) Решение уравнения (1) дается методам математической физики.
Решение и описание равновесного состояния абсорбера с теплоносителем будем искать в виде функций с известными критериями Био и Фурье. В данном температура равновесного состояния может быть записана в виде: tрB = р (£, Го, ВО (2)х — расст 8 — толщина пластины ^ — Критерий Фурье В ,■ — Критерий Био
Используя известный подход, /1,2,3/ разделение переменных выражение (2) может быть приведено к виду
Чв = 1п-1 . * . ■ ехр (—д^о) (3)
рв ¿-41-1 ГЧ Г-1 и/ V /
1—1 *
1де д* — корни характеристического уравнения, удовлетворяющие граничным условия рассматриваемой задачи.
с ^ Д' = Д* (4)
Определим по известным данным критерии Био
В' = От (5)
а - коэффициент теплоотдачи от поверхности пластины к жидкости, Вт/м ■ град; для А1; а = 183 Щ-
Я - коэффициент теплопроводности материалы пластины, Вт/м ■ град; для алюминия Я=209 Вт/м ■ к
5 = 2мм = 2-3м
183^2 ■ 2 ■ 10-3м Я* = -—-о- « 0,00175 « 1
209 —
м тг
Уравнение (4) решается графическим путем. Обозначим
с ^Д * = У1 ,У2 = ^ , в этом уравнения ^ а = 1 = ^^г = 5 7 1, 4
определяем угол наклона прямой у2 = — из этого равенство определим а = 89 0 5 3/
В1
График у2-представляет собой котангенсоиду, являющуюся периодической функцией аргумента д * с периодом л\График функции у2-прямая, тангенс угла наклона которой к абсциссе равен 1/Ы . Абсциссы точек пересечения этих графиков дают значения корней д * уравнения (4) которые (на рис.9.2) приведена график способ определения корней характеристического уравнения, литература /6/, 429стр.
Поставляя в уравнение (4) значение 1/Ы=571,4 получим соотношения
с^дд,* 1
- = — = 571,4
^ в1
или
= 5 7 1,4 (5)
Уравнение (5) используем для выбора значений д* .Используя значение е^ а = 5 7 1, 4 находим что а « 890 5 3/ или 90 0 — а « 7 / « 0,0019рад
Это показывает, что прямая у2 = — д , с осью ох составляет 89 0 5 3 1 а с осью 0х
составляем 89 0 5 3/ , а с осью 0у составляем « 7 / « 0,0019рад
Используя таблицы тригонометрических функции ctg д * можно выбират соответствующую значение д,; при которой выполняется равенство ctg д* / д * = 5 7 1, 4 . Это будет значения д* , точки пересечения прямой y2=tg ад * , и у-t=йдд *
По таблице котангенсов из книги /5/, стр. 83, для значений д* , удовлетворяющих равенство /5/, выбираем округ сечение точки
д * = 2 °24/ = 0,0419 ; сtg д* = сtg0,0419 = 2 3,86 для этих значении находим, что ^д*/д* = 2 3,86/0,0419 = 569, 2
Для д * 2 °2 3 , 5, с tg д* = 24, 30,^^ = 57 5, 6
Для д * 2 °2 3 15" = 0,04165, '
ctg = 0,04165 = 2 3,85, ctgo=0,04165/0,04165=572,6
для д , = 0,04164 ctg = 0,04625 = 23,816
окончательно
д * = 0,041669 ctg д * = 2 3,8147 = 5 7 1, 5
ctgß* ctg2°2з'16п СПЛ с
или —=-= 5 7 1 , 5
ß* 0,041669
Из результатов вычислений путем подбора выбираем /4/ 199 ст
д,- = 0,041669
Для малых критериев В, << 1 (тонкие стенки с большой теплопроводностью) достаточно точное решение получается даже при одном первом члене /4/ 201 ст
ССТ
Определим критерии Фурье по формуле F0 = —
а-температурапроводность материала для алюминия определим
Я 209в т / ( м-к) , ,
а = — =-—---= 86 4 ■ 10_6м2 /с
рс 2700кг/м3 ■ 0,896 ■ 103Дж/(кг ■ к) ' '
т-время распространения температуры,сек
Определим для каждого значения т критерия Фурье
„ „ ат 86,410~6м/с1с 86,410~б , для т - = 1 с F° = - = (2 - 1 0 ~ 3 ) 2 = "ТЮ~Г=21'6
Fn = 21,6
По уравнению(3.2)вычислим соответствием значение температуры
2 ■ sin^l (х^ ^ 2 г- л ^ 1 sinO,041669
^рв
т - с о s (-) ехр ( -д 2F°) =
д^ + sinßj ■ cosfij W гч ri 0,41669 + sinO,41669 ■ cosO,41669
= с О s(-)e" ( ° ' °4 1 669) 22 1' 6
2-0,0414 -cos 5 з
- ехр(—0,041669)2 ■ 21,6
0,041669 + 0,0414 ■ 0,99913 0,0828 ■ cos
х ]
7 ■ in - з| - - 1 0 3
LZ iU — ■ ехр(—0,0375) = 0,997195 ■ cos—— ■ ехр(-0,9)
0,0830329
0,997195 0,997195 £рв = —--соз(500х) = оз82 ■ соз(500х)
*;рв = 0,996505 ■ соз(500х) = 0,9965 ■ соз(500) Но так, как на поверхности
х = 0
= 0,9965 ■ со50° = 0,9965 ■ 1 = 0,9965 « 1
Из получение результата теоретические расчета ( tpB = 1) соответствие рисунка 17.5, литература /1/ следует отметит, что расчетные формулы для распределения температуры при нагревании или охлаждении тел значительно упрощаются, если эти тела имеют малое значение критерия Био (5 ^ << 1 ). Действительно, для тонких металлических пластин можно
принять, что температуры на поверхности и в середине тела практически одинаковы, т.е.
ва ~
Соответстви практические расчети и теоритические анализ определяющая, что время наступления равновесного температура в каскадной солнечной коллектора сифонного типа зависит от толщина обсорбера и изменение температуры тепловоспринимающий пластины во времени при разной ее толщина, которые приведенную на рис 2.
40 с! 35 е- мз л 25 В - | 15 : т 15
! 1мм
/ —
1,5мм
Цр$ми. мкн
Рис 2. Изменение температуры тепловоспринимающий пластины во времени при разной ее толщине.
С 0.4
0,2 0,1
50 100 150 200 250
Интенсивность СР. Вт/м2
Рис.3. Зависимость коэффициента полезного действия от интенсивности потока солнечной радиации.
А также полученные зависимости позволяют проследить взаимосвязь повышений температура абсорбера от время потока солнечный радиации и зависимость коэффициент полезного действия от величина интенсивность потока солнечной радиации. На рис. 3 представлены диаграммы этих зависимостей.
Где показано, что интенсивное солнечной радиации тем больше, чем больше КПД сифонный солнечный коллектор. ВЫВОД:
Таким образом, из полученных результатов сделаны следующие выводы:
• проведенные исследования позволяют подтвердить жизнеспособность предлагаемой каскадной солнечной установки сифонного типа для горячего водоснабжения с использованием коллектора.
• Впервые установлена зависимость, определяющая время равновесного температура тепловоспринимающий пластины сифонный солнечный коллектор.
• Разработана методика расчета и выбора теплотехнических параметров солнечный коллектор.
• Вскрыта взаимосвязь повышения температура теплоноситель от время интенсивности потока солнечный радиации и КПД сифонный солнечный коллектор .
ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лариков Н.Н. Общая теплотехника. / Н.Н. Лариков - М.: Изд. лит. по строительству, 1966. -446с.
2. Авезов Р.Р., Хатамов С.О. К определению перепада температур по толщине стенки теплоприемника солнечных воздухонагревателей. / Р.Р.Авезов «Гелиотехника» №5, Ташкент, 1984.34-36с.
3. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергия, 1969. -434с.
4. Шорин С.Н. Теплопередача. / С.Н. Шорин -М.: Высшая школа, 1964г.
5. Чддвали чорравдмаи математикии "В .М.Брадис", Маориф, Душанбе 1991с
6. Теплотехника: Учеб. Для вузов "В.Н.Луканин, М.Г.Шатров, К 97 Г.И.Камфер и др",;Под.ред. В.Н.Лукашина.-5-е изд.,стер. -М.:Высш.шк., 2006.-671с
МЕТОД РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ОТ АБСОРБЕРА К ТЕПЛОНОСИТЕЛЮ В СИФОННЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР
В данной статье рассматривается задача расчета тепловой процессы абсорбера к теплоносителю и выбора теплотехнических параметров сифонный солнечный коллектор для нужд горячего водоснабжения.
Ключевые слова: Преобразование солнечной энергии, процесс передача тепловой энергии от абсорбер к теплоносителю, определение время наступления равновесного состояния.
THE METOD FOR CALCULATING THE PROCESS OF HEAD TARANSFER FROM AN OBSERVER TO A HEAT CARRIER TO A SIPHON SOLAR COLLECTOR
This arcle discusses the task of calculating the thermal process of the obsorber to the coolant and the viberation of the heat engineering parameters; siphon solar collector for the needs of hot water supply.
Keywords: conversion of solar energy, the precess of transferring thermal energyfrom an observer to a heat carrier, determination of the time of onset of an equilibrium state.
Сведения об авторах:
Кобулиев Зайналобудин Валиевич, д.т.н. проф. Чл.-корр. АН РТ. Института водных проблем, гидроэнергетики и экологии (ИВП, ГЭ и Э) Академии наук Республики Таджикистан, г.Душанбе.
Алимардонов Эгамберди, к.ф.м.н., доцент, Бохтарский государственный университет, имени Носира Хусрава, г. Бохтар.
Амонулоев Азизхон Резмонович, соискатель, Института водных проблем, гидроэнергетики и экологии (ИВП, ГЭ и Э) Академии наук Республики Таджикистан, г.Душанбе.
Абдуллоев Хаирулло Валиевич, к.т.н, Институт энергетики Таджикистана, Кушониёнский район, ул. Бохтариён.
Рахимов Хуршед Абдуллоевич, к.т.н,и.о.доцент Институт энергетики Таджикистана, Кушониёнский район, ул. Бохтариён.
Рахимов Зафар Сайдалиевич, к.э,н.и.о.доцент Институт энергетики Таджикистана, Кушониёнский район, ул. Бохтариён. About the authors
Kobuliev Zainalobudin Valiev, d.t.s., prof. Institute of Water problem, Hydropower and ecology (IWP, HP a E)
Alimardonov Eganberdi, c.ph.m.s. Docent, State university of Bokhtar city named by Nosiri Khusrav.
Amonuloev Azizkhon Rezmonovich, researcher, Institute of Water problem, Hydropower and ecology (IWP, HP a E). e-mail: [email protected] Abdulloev KHayrullo Valievich, Ph,D. Head, Energy institute of Tajikistan, Qushoniyon Dist, Bokhtariyon str.
Rahimov KHurshed Abdulloevich, Ph,D. Head, Energy institute of Tajikistan, Qushoniyon Dist, Bokhtariyon str.
Rahimov Zafar Saidalievich, Ph,D. Head, Energy institute of Tajikistan, Qushoniyon Dist, Bokhtariyon str.
