CC BY
1УДК 631.22.018
ЦИРКУЛЯЦИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ГЕЛИОСИСТЕМАХ
ЗОХИРОВА ШАХНОЗА МУРОДИЛЛАЕВНА
Старший преподователь, Каршинский гос. Университет, Узбекистан
ДАВРОНОВА ДИЛНОЗА АХМЕДОВНА
Студент Каршинский гос. Университет, Узбекистан
Аннотация: В данной статье рассматривается отражательная способность гелиостатов, суммарный тепловой поток, поглощенный поток и тепловые потери, массовый расход теплоносителя, коэффициент излучения, плотность солнечного излучения а также достаточную площадь поглощения солнечного излучения.
Ключевые слова: коэффициент температурного расширения жидкости, перепад давления, мощность, массовый расход теплоносителя, суммарный тепловой поток, поглощенный поток и тепловые потери, коэффициент излучения, плотность солнечного излучения, отражательная способность гелиостатов.
Введение.
Активные гелиосистемы по виду используемого теплоносителя делятся на жидкостные (вода, антифриз) и воздушные.
Циркуляция теплоносителя может осуществляться естественно (естественной конвекцией) или принудительно (насосом).
При естественной циркуляции нагреватель должен находиться ниже накопителя нагретой воды (рис. 1), т. к. циркуляция осуществляется вследствие различия плотностей холодной (плотной) и горячей (менее плотной воды).[1-3]
1 - гелиоприемник; 2 - тепловой аккумулятор
Перепад давления между столбом горячей и охлажденной воды можно определить по формуле
Др = g j Apdz
где Ар - изменение плотности при изменении температуры для геометрической высоты
z.
Зависимость изменения плотности Ар от изменения температуры At имеет следующий
вид:
¡±р/№ = -Рр
где в - коэффициент температурного расширения жидкости, который для воды при температурах от 0 до 100°С практически постоянен и равен 3,5-Ю-4 1/К.[2] Тогда перепад давления можно определить по формуле
Др = рдР |Дгйг
При условии, что температура в трубопроводах постоянна и равна соответственно и и tв, имеем
ДР = РдР(г3 - г1 + - ^в)/2
где 23, 24 - верхняя и нижняя геодезическая точка резервуара соответственно; 22, 2\ -верхняя и нижняя геодезическая точка приемника соответственно.
Материалы и методы.
Системы с принудительной циркуляцией выгодны, поскольку для их создания можно использовать существующие водонагревательные системы при введении в них приемника солнечного излучения и насоса. Кроме того, в них нет необходимости располагать накопительную емкость выше приемника. Мощность, потребляемая насосом при принудительной циркуляции, можно определить по формуле:
N = вДр/р
где О - массовый расход теплоносителя; Ар - потеря давления в контуре на трение при прокачке теплоносителя; р - средняя плотность теплоносителя.
Для того чтобы теплоноситель в гелиоколлекторе успевал нагреваться до необходимой температуры (примерно на 4°С), скорость прокачки обеспечивают небольшую (режим ламинарный). Тогда потеря давления в системе определяется по формуле Пуазеля:
128ву1 Др = ^Т
где I и ё- соответственно длина и диаметр канала; V - кинематическая вязкость.[1]
Многие возможные приложения требуют более высоких температур, чем те, которые можно получить даже с помощью лучших плоских нагревателей. Для решения этих задач используются концентрирующие коллектора.
Концентрирующий гелиоколлектор включает в себя концентратор, который представляет собой оптическую систему, собирающую солнечное излучение с большой поверхности и направляющую его на приемник, поглощающий излучение.
Чаще всего концентратор представляет собой параболические вогнутые (параболоцилиндры) (рис 2, а) или параболические объемные (параболоид вращения) (рис. 2, б) зеркала, выполненные из полированного металла, в фокус которых помещают приемник излучения (солнечный котел). В качестве концентраторов солнечной энергии могут также использоваться оптические линзы, которые концентрируют проходящее через низ излучение (рис. 2, в).
Рис. 2. Концентрирующие гелиоприемники
В отличие от плоских нагревателей, концентраторы в основном поглощают прямое солнечное излучение. Для обеспечения высокой эффективности процесса улавливания и преобразования солнечной радиации концентрирующий гелиоприемник снабжают системой слежения за Солнцем.[2]
Результаты и обсуждение.
Суммарный тепловой поток Q, поступающий к теплоносителю в гелиоприемнике, определяется балансом
Q = Qпогл — Qпот
где Qпогл , Qпот - поглощенный поток и тепловые потери приемника соответственно. Для параболического концентратора энергия поглощения приемной трубкой
Qпогл = рмБЕ
где р - коэффициент отражения концентратора; а - коэффициент поглощения приемника; £ = ¡В - площадь проекции концентратора; Е - средняя плотность излучения (рис.
3).[1]
При этом основные потери приемника являются радиационные, а излучаемое тепло можно определить по формуле
. Б
дпот = Е(ОТ4)-гГ1
где 8 - коэффициент излучения поверхности трубки; а - постоянная Стефана -Больцмана; Т- температура приемника; г - радиус трубки.
Радиус трубки выбирают таким, чтоб обеспечить минимальную площадь теплового излучения, но достаточную площадь поглощения солнечного излучения:
г = в5[)~ 0,00466 где 05 - угол схождения солнечных лучей.
Рис. 3. Параболический концентратор
Используя эти уравнения, получим выражение для определения максимальной температуры приемника при 0погл =0пот:
= (дрЕР\1/4 , / «РЕ \1/4 [ rea ) ~ \0,0046еа) Для сферического концентратора (параболлоида вращения)
íapED2sin2^\1/4 ( apEsin2ip \1/4
V 4r2£o ) ~ \8Л67То-3£и) Альтернативным вариантом концентрирующим гелиоколлекторам являются солнечные башни, когда множество следящих за Солнцем плоских зеркал (гелиостатов) отражают лучи на находящийся в центре приемник в виде башни (рис. 4).[2-3]
1 - башня; 2 - котел-теплоприемник солнечного излучения; 3 - гелиостаты
Получаемая мощность солнечной башней может быть найдена по формуле
N = ESpa
где E - плотность солнечного излучения, падающего на гелиостат кВт/м2; S - площадь гелиостатов, м2; р - отражательная способность гелиостатов; а - коэффициент поглощения солнечного излучения теплоприемником.
Преимуществом систем с концентрирующими гелиоколлекторами является способность получения теплоносителя с относительно высокой температурой (до 100°С) и даже пара. К недостаткам следует отнести работу только в светлое время суток с прямым излучением, а следовательно, потребность в аккумуляторах большого объема; необходимость постоянной очистки отражающих поверхностей от пыли; высокую стоимость конструкции, обусловленную наличием привода системы слежения за ходом Солнца.[1]
Выводы. На основе результатов теоретического расчета тепловой поток, поступающий к теплоносителю в гелиоприемнике изначально определяется поглощенный поток и тепловые потери приемника, соответственно максимальная температура приемника при 0погл =0пот и для сферического концентратора (параболлоида вращения), откуда находим суммарный тепловой поток в гелиоприемнике.
ЛИТЕРАТУРЫ
1. А. Б. Сухоцкий. Вторичные энергетические ресурсы //Учеб.-Метод. пособие. Минск : БГТУ, 2014. - 174 с.
2. Данилов, О. Л. Использование вторичных энергетических ресурсов / О. Л. Данилов, В. А. Мунц. - Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2008. - 154 с.
3. Н.А. Семененко, Л.И. Куперман и др. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности. Киев.: Вища школа. 1979, 296 стр.
4. А.У. Алимбаев. Вторичные энергетические ресурсы в промышленности. Ташкент. ТашГТУ. 1996. 80 стр.
5. Куперман, Л. И. Вторичные энергетические ресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности / Л. И. Куперман, С. А. Романовский, Л. Н. Сидельковский. - Киев: Вища школа, 1986. - 303 с.
