УДК 623

Жамалов А.Ж.

д.т.наук, профессор, Алматинского института энергетики и связи

Кунелбаев М.М.

преподаватель, Алматинского института энергетики и связи

Исследование конвективного теплообмена в плоских солнечных коллекторах.

By comparatively small a speed tie with laminar move to heat exchange render important influence lifting power and result field a speed. Distribution temperature and speed for empress liquid with physical property not depend of temperature express differential equation power, a move and for process become in time.

Процесс теплообмена при свободном движении жидкости имеет широко распространение (отопительные приборы, паровые и варочные котлы, солнечные опреснители, гелиоводонагреватели, гелиотеплицы, гелиовоздухонагреватели и другие тепловые устройства.

Рис.1 Принципиальная схема двухконтурной гелиоводонагревательной

установки.

1- гелиополе; 2- теплообменник; 3- бак-аккумулятор.

На рисунке 1 приведена схема солнечной двухконтурной гелиоводонагревательной установки. Исходное положение системы наполняется холодной водой. По мере поступления солнечной энергий в гелиополе, температура теплоносителя в нём повышается в следствий чего появляется разность плотности теплоносителя и возникает подъёмная сила. Под действием подъёмной силы в системе теплоноситель по замкнутому контуру циркулируется. Рассмотрим уравнение движение плоского солнечного гелиоколлектора.

Рабочий процесс различных теплообменных устройств основан на конвективном теплообмене между поверхностью твердого тела, и омывающей жидкостью. Интенсивность этого процесса определяется геометрическими мерами твёрдого тела, имеющего другую температуру, механическое движение жидкости и явление распространения тепла происходит одновременно они оказывают взаимное влияние друг на друга.

Явление конвективного теплообмена описываются следующими дифференциальными уравнениями:

1.Уравнение конвективного переноса тепла:

в векторной форме:

(1.1)

2. Уравнение сплошности:

в векторной форме:

(1.2)

3. Уравнение движения вязкой жидкости (Навье-Стокса) для одной оси:

где:

и в векторной форме:

(1.3)

Во всех этих уравнениях обозначают:

W- скорость движения, в м/сек,

- составляющие скорости по оси, в м/сек,

t- температура потока, в ⁰ C

a- коэффициент температуропроводности жидкости, в м² / сек,

-время, в сек.,

g- ускорение силы тяжести, в м/сек,

S-плотности жидкости, в кг/м² ,

P-давление жидкости, в кг/м² ,

-коэффициент вязкости, в кг/м²,

x,y,z-координаты точек, в м.

При “свободной” или “естественной” конвекции течение жидкости возникает исключительно под действием разности плотностей, обусловленной неравномерностью ее нагрева. Поэтому в уравнении движения (5.3) член, определяющий силу тяжести (p g) должен быть заменен выражением подъемной силы. Для чего давление P разложим на два составляющих:

P=P+P*

Здесь P – гидростатическое давление невозмущенной среды,

P* - добавочное слагаемое, обусловленное движение.

Если пренебречь плотности от давления, то можно положить.

P=const + p₀gx,

Где p₀ – плотность жидкости в достаточном удалении от объекта, при температуре

x- высота над условным уровнем.

Тогда члены в уравнении (5.3) можно заменить

Где A=g(p-p₀) есть подъёмная сила.

В тех случаях, когда изменение плотности жидкости обусловлено различием температур в различных ее точках, выражение для подъемной силы может быть преобразовано следующим образом:

Или

T-абсолютная температура жидкости в какой – либо точку конвективного потока,

T₀-абсолютная температура жидкости вдали от объекта,

p,p₀-плотности жидкости, соответствующие температурам.

Подъёмная сила единицы объема равна:

(1.4)

Для газов (идеальных) имеем

Подставляя значения подъёмной силы (1.3) имеем окончательно для случая свободного движения

Совокупность указанных трех (1.1),(1.2),(1.3) дифференциальных уравнений при заданных краевых условиях даёт возможность к решению конкретной задачи о теплообмене при свободной конвекции, при условии, что установлено существование и единственность решения уравнения.

Ввиду ряда трудностей, какие представляет аналитическое решение задач о теплообмене при свободном движении, оно имеет приближенный характер. Наилучшее решение Шмидта и Бекмана о теплообмене при свободном движении воздуха может быть применено только для случая теплоотдачи плит небольшой высоты при малых температурных напорах [1.1].

Литература

1. Бояринцев Д.М. Теплопередача через жидкостные и газовые прослойки. Ж.Т.Ф., т.ХХ, вып. 9, 1980 г.

2. Жамалов А.Ж. Распределение температурного поля плоского солнечного коллектора и оценка его эффективности. Материалы «Научно-практической конференции», г.Ташкент, 1996 г.

3. Жамалов А.Ж. Исследование теплообмена при наложении вынужденной и свободной конвекции в плоских солнечных нагревателях, расположенных под углом к горизонту. «Поиск» научный журнал Минобразования РК, 1997 г.