Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
5. В области инфракрасного излучения небосвод можно рассматривать как абсолютно черное тело при некоторой эквивалентной температуре.
6. Поток солнечного излучения распределен равномерно по пластине коллектора.
Для численного анализа рассмотрим точку с координатами х, у на поверхности типичного плоского коллектора (рис. 7.23, а). Пусть температура в этой точке T0(х, у), и предположим, что солнечное излучение поглощается с заданным потоком^ поглощенного излучения Isas. Если нижняя поверхность коллектора хорошо изолирована, то в основном тепловые потери происходят через*верхнюю поверхность. Коэффициент тепловых потерь для верхней поверхности коллектора можно рассчитать, определив термические сопротивления /?3, R4 и Rs (рис. 7.22). Тепло передается между поглощающей пластиной и вторым стеклянным покрытием, а также между двумя стеклянными покрытиями конвекцией и излучением одновременно. За исключением потока солнечного излучения, поглощаемого вторым стеклянным покрытием, соотношения для теплового потока между телами с температурой T0 и Tg2 и между телами с температурой Tg2 и Тё\ одинаковы. Таким образом, плотность теплового потока между поглощающей пластиной и вторым стеклянным покрытием равна
где hc2 — коэффициент теплообмена между поглощающей пластиной и вторым стеклянным покрытием; гРі і — излучательная способность пластины в инфракрасной области спектра; sg2,i— излучательная способность второго стеклянного покрытия.
Как было показано в гл. 1, если линеаризовать радиационный член в уравнении (7.31), то его можно записать в виде
= A0H02(T0-T g2) +
(7.31)
= (^2 + K2) A0(T0 - Tg2) = h ° Ре + Tg2) (Tl+ T2g2)
0/Vi) + (1Vi)-1 '
(7.32)
где
(7.33)
404 Глава 7
Аналогичное преобразование для теплового потока между двумя стеклянными покрытиями дает
?верх. пот = {Rd + Kx) A0 (T82 - Tgl) = rg2~/gl , (7.34)
где h і — "^ + ?? + ? (7 35)
где Ан- (1^) + (^)-1 (7-35)
и /гС1 — коэффициент теплообмена между двумя прозрачными покрытиями.
Разумеется, излучательные способности двух покрытий будут одинаковыми, если они изготовлены из одинакового материала. Однако экономические показатели можно иногда улучшить, если использовать между верхним стеклянным покрытием и поглощающей пластиной пластиковое покрытие, и, следовательно, в такой конструкции типа сэндвича радиационные свойства двух покрытий могут оказаться различными.
Уравнение для термического сопротивления между верхней поверхностью наружного покрытия коллектора и окружающим воздухом по форме аналогично двум рассмотренным выше соотношениям, однако коэффициент теплоотдачи на верхней поверхности необходимо рассчитывать иначе. Когда окружающий воздух неподвижен, необходимо использовать соотношения для теплообмена в условиях свободной конвекции, а когда над поверхностью коллектора дует ветер, необходимо использовать соотношения для теплообмена при вынужденной конвекции, как показано в гл. 5. Между верхним покрытием и небосводом при Тнеб происходит теплообмен излучением, тогда как между верхним покрытием при температуре Tg\ и окружающим воздухом при Гвозд происходит конвективный теплообмен. Для удобства обе величины удельной тепловой проводимости отнесем к температуре воздуха. Это дает
Срх. поТ = (К - + К -) (7"«. - ^озд) - 'ь™* ¦ (7-36)
гдЄ аГі м - 8gl> to (т я1+гнеб) (ге1+Ti6) гг;;гггвно;бд • <7.зя
Для плоского коллектора с двумя стеклянными покрытиями суммарный коэффициент тепловых потерь коллектора Uc,cy** можно представить в виде
U =JLj___j_ (7.38)
^с.сумм R1 ^ R3 +R4 +R5 > V
где R]—термическое сопротивление нижней поверхности.
Для расчета коэффициента тепловых потерь коллектора ? использованием уравнения (7.38) требуется решение уравнений (7.35) и (7.36) итерационным методом, поскольку удельны^ радиационные проводимости являются функциями температур
Теплообменники 405
покрытия и пластины, которые заранее неизвестны. Клейн [11] предложил эмпирический метод расчета U0 для коллекторов с покрытиями, изготовленными из одинакового материала, который оказывается достаточно точным и более удобным для использования. Для такого подхода тепловые потери с верхней поверхности коллектора в ваттах записываются в виде
_ , (Tg-Tg)Ac
VBePX. пот
N
+
(CITp) (T с - Ta)I(N + O0'33 + -г-і—
+ ¦
epel + 0,Q5tf(l+e )
(7.39)
1.0
0.9
0,8
0,7
где / = (1-0,04^^ + 0,0005^^)(1+0,091^0 = 365,9 (1-— 0,00883? + 0,00013?2); Л7 — число покрытий, ЛС(оо = 5,7 + + 3,87 (V в м/с), egl — степень черноты покрытий.
Значения о'верх, пот, рассчитанные по формуле (7.39), * хорошо согласуются со значениями, вычисленными по формуле (7.38).
Для определения коэффициента полезного действия солнечного коллектора необходимо рассчитать тепловой поток к теплоносителю. Если пренебречь нестационарными тепловыми эффектами, то тепловой поток к теплоносителю, протекающему через коллектор, зависит только от температуры поверхности коллектора, от которой тепло передается конвекцией к теплоносителю, температуры теплоносителя и коэффициента теплообмена между коллектором и жидкостью. Для расчета теплового потока сначала рассмотрим условия в поперечном сечении коллектора, показанном на рис. 7.21. Сол-Печное излучение, поглощенное на верхней поверхности солнечного коллектора, передается в поперечном направлении к потоку теплоносителя в каналах. Температура максимальна в некото-
