Численное моделирование для анализа параметров эффективности нового типа плоского солнечно-го коллектора

Мурат Меркебекович Кунелбаев

Аннотация


В данной статье рассматривается новая концепция дизайна плоского солнечного коллектора с использованием гибких трубок. Плоский солнечный коллектор предназначен для запуска холодной воды в системы солнечного теплоснабжения вместо использования дорогих антифризных жидкостей и для удаления вторичных средств. Разработка такого типа солнечных тепловых коллекторов позволит снизить стоимость установки традиционных солнечных тепловых систем без необходимости использования вторичных теплообменников. Определены основные параметры теплоемкости плоского солнечного коллектора. Рассчитан температурный контур пластины-поглотителя плоского солнечного коллектора с температурой на входе 30 °C. В отличие от температурного контура типа змеевика с трубкой обнаружено, что максимальная температура пластины-поглотителя коллектора при одинаковых условиях температуры на входе намного ниже, чем у первой. С помощью коммерческого программного пакета CFD (Computational Fluid Dynamics) ANSYS FLUENT 19.0 были разработаны фазовый дизайн, основанный на прогнозах тепловых характеристик коллектора, и эквивалентный коэффициент теплопередачи пластин поглотителя. Также были рассчитаны переменные экспериментальных испытании для солнечного плоского коллектора, которые были выше при падающем солнечном излучении, чем при температуре окружающей среды.


Ключевые слова


плоский солнечный коллектор; теплоемкость; ANSYS FLUENT 19.0; КПД коллектора.

Полный текст:

PDF

Литература


Sint N.K.C., Choudhury I.A., Masjuki H.H., Aoyama H. Theoretical analysis to determine the efficiency of a CuO-water nanofluid based-flat plate solar collector for domestic solar water heating system in Myanmar. Solar Energy, 2017, vol. 155, pp. 608–619. DOI: 10.1016/j.solener.2017.06.055

Tian Z., Perers B., Furbo S., Fan J. Annual measured and simulated thermal performance analysis of a hy-b¬rid solar district heating plant with flat plate collectors and parabolic trough collectors in series. Applied Energy, 2017, vol. 205, pp. 417–427. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.07.139

Li Q., Chen Q., Zhang X. Performance analysis of a rooftop wind solar hybrid heat pump system for buil-dings. Energy Build, 2013, vol. 65, pp. 75–83. DOI: 10.1016/j.enbuild.2013.05.048

Tian Z., Zhang S., Deng J., Fan J., et al. Large-scale solar district heating plants in Danish smart thermal grid: Developments and recent trends. Energy Convers Manag, 2019, vol. 189, pp. 67–80. DOI: 10.1016/j.enconman.2019.03.071

Kalogirou S.A. Solar thermal collectors and applications. Progress in Energy and Combustion Science, 2004, vol. 30, pp. 231–295. DOI: 10.1016/j.pecs.2004.02.001

Cerón J.F., Pérez-García J., Solano J.P., García A., Herrero-Martín R. A coupled numerical model for tube-on-sheet flat-plate solar liquid collectors. Analysis and validation of the heat transfer mechanisms. Applied Ener-gy, 2015, vol. 140, pp. 275–287. DOI: 10.1016/j.apenergy.2014.11.069

Gunjo D.G., Mahanta P., Robi P.S. Exergy and energy analysis of a novel type solar collector under steady state condition: experimental and CFD analysis. Renew Energy, 2017, vol. 114, pp. 655–669. DOI: 10.1016/j.renene.2017.07.072

Álvarez A., Tarrío-Saavedra J., Zaragoza S., López-Beceiro J., Artiaga R., Naya S., et al. Numerical and experimental study of a corrugated thermal collector. Case Studies in Thermal Engineering, 2016, vol. 8, pp. 41–50. DOI: 10.1016/j.csite.2016.03.007

Del Col D., Padovan A., Bortolato M., Dai Prè M., Zambolin E. Thermal performance of flat plate solar col-lectors with sheet-and-tube and roll-bond absorbers. Energy, 2013, vol. 58, pp. 258–269. DOI: 10.1016/j.energy.2013.05.058

Chen G., Doroshenko A., Koltun P., Shestopalov K. Comparative field experimental investigations of dif-ferent flat plate solar collectors. Solar Energy, 2015, vol. 115, pp. 577–588. DOI: 10.1016/j.solener.2015.03.021

Facão J. Optimization of flow distribution in flat plate solar thermal collectors with riser and header

arrangements. Solar Energy, 2015, vol. 120, pp. 104–112. DOI: 10.1016/j.solener.2015.07.034

Fan J., Shah L.J., Furbo S. Flow distribution in a solar collector panel with horizontally inclined absorber strips. Solar Energy, 2007, vol. 81, pp. 1501–1511. DOI: 10.1016/j.solener.2007.02.001

Zhou F., Ji J., Yuan W., Cai J., Tang W., Modjinoua M. Numerical study and experimental validation on the optimization of the large size solar collector. Applied Thermal Engineering, 2018, vol. 133, pp. 8–20. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.01.026

Wang N., Zeng S., Zhou M., Wang S. Numerical study of flat plate solar collector with novel heat collect-ing components. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2015, vol. 69, pp. 18–22. DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2015.10.012

Deng Y., Zhao Y., Wang W., et al. Experimental investigation of performance for the novel flat plate solar collector with micro-channel heat pipe array (MHPA-FPC). Applied Thermal Engineering, 2013, vol. 54, iss. 2,

pp. 440–449. DOI:10.1016/j.applthermaleng.2013.02.001

Deng Y., Wang W., Zhao Y., Yao L., Wang X. Experimental study of the performance for a novel kind of MHPA-FPC solar water heater. Applied Energy, 2013, vol. 112, pp. 719–726. DOI: 10.1016/j.apenergy.2013.06.019

Mansour M.K. Thermal analysis of novel minichannel-based solar flat-plate collector. Energy, 2013,

vol. 60, pp. 333–343. DOI: 10.1016/j.energy.2013.08.013

Moss R.W., Shire G.S.F., Henshall P., Eames P.C., Arya F., Hyde T. Design and fabrication of

a hydroformed absorber for an evacuated flat plate solar collector. Applied Thermal Engineerimg, 2018, vol. 138, pp. 456–464. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.04.033

Saedodin S., Zamzamian S.A.H., Eshagh Nimvari M., Wongwises S., Javaniyan Jouybari H. Performance evaluation of a flat-plate solar collector filled with porous metal foam: experimental and numerical analysis. En-ergy Conversion and Management, 2017, vol. 153, pp. 278–287. DOI: 10.1016/j.enconman.2017.09.072

Amirgaliyev Y., Kunelbayev M., Wójcik W., Amirgaliyev B., Kalizhanova A., Auelbekov O., Kataev N., Kozbakova A. Calculation and selection of flat-plate solar collector geometric parameters with thermosiphon cir-culation. Journal of Ecological Engineering, 2018, vol. 19, iss. 6, pp. 176–181. DOI: 10.12911/22998993/91882

Duffie J.A., Beckman W.A. Solar Engineering of Thermal Processes. 4th edition, New York, John Wiley & Sons, 2013. 944 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power200409

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.