Своїми руками Солнечный коллектор своими руками - подробная инструкция

Привожу результаты тепловых расчетов плоского авборбера СК с припаянной трубкой для теплоносителя.
Конкретные исходные данные для теплового расчета.
Вариант сталь толщиной 0,2 см.
1 - L=16 длина участка от трубки с теплоносителем до середины [см]
2 - h=80 ширина участка [см]
3 - d=0.2 толщина пластины [см]
4 - kt =0.5 коэффициент теплопроводности материала абсорбера [Вт/(см*С)]
5 - Ср = 0,5 теплоемкость [Дж/(гр*С)]
6 - rs = 7.8 удельный вес [гр/см*3]
7 - eps = 1 степень черноты абсорбера
8 - kiz = 0.05 коэффициент теплопроводности изоляции с тыльной стороны абсорбера [Вт/(м*С)]
9 - а4 = 5 толщина теплоизоляции [см]
10 - alf = 10 коэффициент теплоотдачи к воздуху [Вт/(м2*С)]
11 - dtr = 1 внутренний диаметр трубки с теплоносителем [см]
12 - gt = 1 удельный вес теплоносителя [гр/см*3]
13 - сt = 4,2 теплоемкость теплоносителя [Дж/(гр*С)]
14 - vt = 10 скорость в трубке теплоносителя [см/с]
15 - at =1000 теплоотдача от стенки трубки к теплоносителю [Вт/м2*С]
16 - q0 = 1000 солнечная постоянная [Вт/м*2]
17 - t0 = 20 температура окружающего воздуха [C]
18 - t = 25 начальная температура участка [C]
19 -ttn = 10 температурва теплоносителя на входе. [C]
Расчитывались следующие варианты. Материалы сталь алюминий и медь. Толщины для каждого материала - 0,05 0,1 0,2 0,4 (см).
Длина участка для каждого материала и толщины - 2,4,8,16,32 (см).
Из этого перечня исходных данных видно, что изменялись при расчете разных вариантов только пункты 1,3,4,5,6. Остальные пункты исходных данных были фиксированы для всех вариантов.
Для понимания тепловых процессов будут приведены по несколько вариантов для стали, алюминия и меди.
Сейчас приводятся два варианта где:
материал сталь
толщина пластины 0,05 и 0,2 (см)
длина для каждой пластины 4,8,16,32 (см).
Результаты расчетов приведены на рисунках 1 и рис 2 в виде графиков.
По горизонтальной оси отложена длина L расчетного участка в см.
По вертикальной оси на рис 1 температуры пластины.
По вертикальной оси на рис 2 КПД каждого варианта.
КПД рассчитывался по отношению количества энергии поглощенной теплоносителем к солнечной постоянной. Результаты приведены в виде графиков. Темным цветом вариант толщины 0,05 (см). Красным цветом вариант толщины 0,2 (см)
На рис 1 приведены температурные поля по длине пластины. Из этих графиков видно, что температура быстро наростает в близи трубки с теплоносителем, далее по длине рост замедляется. Когда кривая становится горизонтальной, это значит, что тепловой поток по пластине к трубке становится нулевым. Такие длинные участки становятся бесполезными.
Попрошу хорошо разобратся в этих закономерностях. Понимание таких тепловых процессов позволит правильно применять их на практике. Еще раз напоминаю - это сравнительный анализ и прямо переносить на реальные изделия нужно очень осторожно. Если, что то непонятно - спрашивайте, постараюсь ответить на такие вопросы. После обсуждения этого вариаента со сталью далее обсудим варианты с алюминием и медью.

 

Много не понятно.
Можно предложить? Вы экселем владеете? Он графики сам рисует, и формулы можно будет увидеть - гораздо меньше вопросов возникать будет.

 

Ответ на вопрос Oakim.
Смотрите на стр. 42 расчетную схему - расчетный участок абсорбера. Этот участок в свою очередь для
численного расчета разбивается по оси Х на элементарные участки. На элементарном горизонтальном участке тепловые потери сравниваются с притоком энергии. Тепловой баланс становится нулевым.
q0-q1-q2-q3=0
На горизонтальном участке температурной кривой нет и перепада температур между элементарными
участками и поэтому нет теплового потока в сторону трубки.

 

Потому что с претензией на академичность. Далеко от реальности.
Например.

Почему 0,1 м/с ? Какая тогда будет в коллекторе и магистрали? Надо 0т 0,3 до 2 м/с.

Почему 10? Ведь 40-60 заходит.

У гликолевых растворов свойства другие.
И почему бы не посчитать КПД разных вариантов за час работы, или за день работы в условиях приближённых к реальным?

 

Нам необходимо полностью разобратся с температурными графиками на рисунке 1. Без этого невозможно двигатся дальше. Я попытаюсь разложить решение этой задачи на более мелкие блоки и точно выяснить в каком месте возникает сбой ресчетного процесса. Анализировать будем исходные данные и процесс расчета по температурной кривой из рисунка 1, сталь толщиной 0,05 см и длиной пластины 32 см. Это самая верхняя темная кривая.
ПЕРВЫЙ ШАГ - пластина разбивается на 20 элементарных участков. Отсюда длина элементарного участка 32/20 = 1,6 см.
ВТОРОЙ ШАГ - излучение от солнца падает перпендикулярно на пластину и равномерно распределено по пластине.
ТРЕТИЙ ШАГ - тепловой расчет производится для каждого элементарного участка. Пронумеруем элементарные участки от трубки 1,2,3...19,20.
ЧЕТВЕРТЫЙ ШАГ - полный перечень тепловых потоков для одного элементарного участка. Смотри прилагаемую расчетную схему.
q0 - солнечное излучение падающее на элементарный участок.
q1 - тепловые потери конвекцией.
q2 - тепловые потери излучением.
q3 - тепловые потери через изоляцию.
q4 - выходящий тепловой поток к соседнему левому элементарному участку с меньшим на единицу номером.
qвх - входящий тепловой поток от соседнего правого элементарного участка с большим на единицу номером.
t - температура соответсвующего элементарного участка.
Для избежания разночтения в дальнейшем если потребуется, то к соответсвующему параметру в круглых скобках будем добавлять номер соответсвующего участка. Например t(18) - температура 18 участка.
ПЯТЫЙ ШАГ - по заданному температурному полю рассчитываем полный тепловой баланс каждого элементарного участка.
qв=q0+qвх-q1-q2-q3-q4
Обращаю особое внимание, что в этом балансе qвх - это тепловой поток q4 выходящий из соседнего правого элементарного участка с большим на единицу номером. Это понятно из приведенной схемы. В приведенном тепловом балансе необходимо досконально разобратся и понимать его физический смысл. Без этого невозможно будет двигатся дальше. Думаю, что здесь у нас и находится камень преткновения.
ШЕСТОЙ ШАГ - по qв - и (dt - шагу по времени) расчитываем количество энергии (дисбаланс).
E = qв*dt [Дж].
Эта энергия идущая на разогрев или охлаждение элементарного участка.
СЕДЬМОЙ ШАГ - зная массу и теплоемкость каждого элементарного участка рассчитываем его новую температуру. Таким образом мы будем иметь новое температурое поле для следующего шага по времени. Расчет ведется до тех пор, пока температурное поле не стабилизируется, то есть тепловые балансы по всем элементарным участкам станут нулевыми qв=0.
ВОСЬМОЙ ШАГ - на рисунке 1 стр.43 приведено уже стабильное температурное поле. Из анализируемой верхней кривой видно, что температура с 11 по 20 участок, по длине пластины это от 16 до 32 см, постояння и равна 66С. Тепловой поток между этими элементарными участками (12 и 11 например) расчитывается по формуле
q4=(t(12)-t(11))/R
где t(12) - температура 12 элементарного участка.
t(11) - температура 11 элементарного участка.
R - сопротивление элементарного участка, оно одинаковое для всех участков.
Так как t(12) = t(11) то q4 = (66-66)/R=0.
На участках близких к трубке с теплоносителем - это номера 1-10 и длина от 0 до 16 см, температурная кривая снижается все круче и круче к трубке. Это значит что тепловой поток нарастает.
Так как t(2) больше t(1)и крутизна максимальная то разница t(2)-t(1) тоже максимальная. Значит тепловой поток q4=(t(2)-t(1))/R на первом участке будет максимальным. Он является выходящим из первого участка и направлен прямо на подогрев теплоносителя в трубке.
Прошу Вас просмотреть по шагам эти блоки и если что нибудь неясно, то на этом шаге останавливаемся и анализируем подробнее. Это позволит более оперативно устранять неясности и избежать лишней писанины.