Вопросы разработки солнечных коллекторов с высоким коэффициентом полезного действия

Abstract

В статье рассматриваются вопросы создания энергоэффективных солнечных водяных коллекторов. Для разработки энергетически эффективных солнечных водяных коллекторов (СВК) предлагается использование методов рациональной интенсификации теплообмена в каналах коллекторов. Отмечено, что применяемые способы повышения теплопередачи от стенок коллектора к воде должны быть разработаны для условий низкоскоростного течения теплоносителя. При таких режимах течения наиболее приемлемыми способами интенсификации теплоотдачи можно считать: закрутку потока, применение искусственной шероховатости, обновление гидродинамического пограничного слоя за счет создания в потоке знакопеременного градиента давления. Анализ проведенных исследований показывает, что наибольшие эффекты увеличения теплоотдачи возникают в области чисел Re от 2000 до 8000, т. е. в ламинарной области течений и области слабо развитой турбулентности. Для условий, при которых интенсификаторы теплообмена установлены внутри труб, получен критерий эффективности, определявший отношение числа труб с интенсификаторами к числу гладких труб. Расчет выполнен для условий, когда теплопроизводительность, расход, мощность на прокачку теплоносителя и диаметр труб СВК с гладкими трубами равны теплопроизводительности, расходу, мощности на прокачку теплоносителя, диаметру труб СВК с интенсифицированными трубами. Кроме указанного критерия эффективности СВК получена формула сравнения теплообмена в СВК с интенсифицированными трубами и СВК с гладкими трубами

The article deals with the creation of energy-efficient solar water collectors. In order to develop energy-efficient solar water collectors (SWC), methods of rational enhancement of heat transfer in the channels of the collectors are proposed. It is noted that the methods used to increase heat transfer from the collector walls to the water should be tailored to a low-speed flow of the heat carrier. With such flow regimes, the most acceptable ways to enhance heat transfer are: flow swirling, the use of artificial roughness, renewal of the hydrodynamic boundary layer through the creation of an alternating pressure gradient in the flow. The analysis of the conducted research shows that the maximum effects of increasing heat transfer occur in the range of Re numbers from 2000 to 8000, i. e. in the laminar flow region and in the region of underdeveloped turbulence. An efficiency criterion is obtained for the conditions under which enhancers are installed inside the pipes. The criterion determines the ratio of the number of pipes with enhancers to the number of smooth pipes. The calculation is carried out for cases in which the heating capacity, flow rate, power for heat carrier circulation and the pipe diameter of the SWC with smooth pipes are equal to the heating capacity, flow rate, power for heat carrier circulation and pipe diameter of the SWC with the pipes with enhancers. In addition to the specified efficiency criterion of the SWC, a heat transfer comparison formula of the SWC having pipes with enhancers and SWC with smooth pipes is obtained