Численное моделирование для анализа параметров эффективности нового типа плоского солнечного коллектора
Автор: Кунелбаев Мурат Меркебекович
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Рубрика: Альтернативные источники энергии
Статья в выпуске: 4 т.20, 2020 года.
Бесплатный доступ
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.
Плоский солнечный коллектор, теплоемкость, ANSYS FLUENT 19.0, КПД коллектора
Короткий адрес: https://sciup.org/147234081
IDR: 147234081 | УДК: 620.9 | DOI: 10.14529/power200409
Numerical simulations for analyzing the efficiency parameters of a new type of flat-plate solar collectors
This article discusses a new design concept for a flat solar collector using flexible tubes. A flat-plate solar collector is designed to run cold water into solar heating systems instead of using expensive antifreeze fluids and to remove secondary media. The development of this type of solar thermal collectors will reduce the installation costs of traditional solar thermal systems without the need for secondary heat exchangers. We determined the main parameters of the heat capacity of a flat solar collector and computed the temperature profile of the absorber plate of a flat-plate solar collector with an inlet temperature of 30 °C. In contrast to a tube coil type temperature loop, it was found that the maximum temperature of the collector plate under the same inlet temperature conditions is much lower than that of the former. Using the CFD (Computational Fluid Dynamics) ANSYS FLUENT 19.0 commercial software package, a phase design was developed based on predictions of the reservoir thermal characteristics and the equivalent heat transfer coefficient of the absorber plates. Experimental test variables for a flat-plate solar collector were also calculated; these were higher with incident solar radiation than with ambient temperature.
Список литературы Численное моделирование для анализа параметров эффективности нового типа плоского солнечного коллектора
- 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.
