The theoretical analysis of mass and energy flow through solar collector - chimney system

• Autorzy: Lipnicki Z. , Gortych M. , Staszczuk A. , Kuczyński T.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ceer-2017-0008

Warianty tytułu

PL

Analiza teoretyczna przepływu masy i energii przez układ kolektor słoneczny - komin

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The goal of the paper was to simplify the designing process for mass and energy flow through solar collector - chimney system. Theoretical analysis allowed to get involved system of three nonlinear analytical equations in dimensionless forms that have been saved. Dimensionless numbers for the problem are well known in the literature on fluid mechanics and thermodynamics: Reynolds, Grashof, Galileo, Biot and Prandtl. In the analyzed equations are also dimensionless geometric parameters expressing the ratios of basic geometrical dimensions of the collector system-chimney: the radius disc collector to the thickness gap, the height and radius of the chimney. In the system of equations, the Reynolds number is treated as the determined number, which is a novelty of the method used.

PL

Przepływ powietrza przez system kolektor słoneczny i komin, opisano w pracy stacjonarnymi równaniami zachowania: pędu (równanie Naviera-Stokesa), masy i energii, które następnie rozwiązano analitycznie przy spełnieniu warunków brzegowych: zanikanie prędkości powietrza na powierzchniach wewnętrznych tarcz kolektora i komina. Teoretyczna analiza pozwoliła uzyskać układ trzech uwikłanych nieliniowych analitycznych równań, które zapisano w postaciach bezwymiarowych. Liczbami bezwymiarowymi w rozwiązywanym problemie są dobrze znane w literaturze dotyczącej mechaniki płynów i termodynamiki liczby: Reynoldsa, Grashofa, Galileusza, Biota i Prandtla. W analizowanych równaniach występują też geometryczne parametry bezwymiarowe wyrażające stosunki podstawowych wymiarów geometrycznych systemu kolektor-komin: promień tarczy kolektora, szerokość szczeliny, wysokość i promień komina. W przedstawionym układzie równań liczba Reynoldsa traktowana jest jako liczba określana, co jest nowością stosowanej metody, a nie jak zazwyczaj bywa zadaną liczbą określającą zjawisko. Obliczanie jej dla danych warunków zewnętrznych i geometrycznych komina pozwala stosunkowo łatwo obliczyć pozostałe szukane wielkości jak prędkości powietrza wlotowego do kolektora i w kominie, rozkład temperatury powietrza w szczelinie i kominie. Otrzymane wielkości pozwalają ostatecznie określić moc badanego systemu kolektor słoneczny-komin. Przedstawiona metoda obliczeniowa porządkuje dotychczasowy sposób projektowania kolektorów słonecznych i może być pomocna dla projektantów inżynierów energetyków.

Słowa kluczowe

EN

solar collector; chimney; air flow; analytical solution

PL

kolektor słoneczny; komin; przepływ powietrza; analiza teoretyczna

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego
• Czasopismo: Civil and Environmental Engineering Reports
• Rocznik: 2017
• Tom: No. 24(1)
• Strony: 119--133
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Lipnicki Z.

• University of Zielona Gora, Zielona Góra, Poland

autor

Gortych M.

• University of Zielona Gora, Zielona Góra, Poland

autor

Staszczuk A.

• University of Zielona Gora, Zielona Góra, Poland

autor

Kuczyński T.

• University of Zielona Gora, Zielona Góra, Poland

Bibliografia

• 1. Asnaghi A, Ladjevardi S.M.: Solar chimney power plant performance in Iran. Renew Sustain Energy Rev, 16 2012, 3383-3390.
• 2. Baños R, Manzano-Agugliaro F, Montoya F.G, Gil C, Alcayde A.: Optimization methods applied to renewable and sustainable energy: a review. Renew Sustain Energy Rev, 15 2011, 1753-1766.
• 3. Bernardes MAdS, Weinrebe AVG.: Thermal and technical analyses of solar chimneys. Solar Energy, 2003; 511-524, 75.
• 4. Cabanyes I.: Proyecto de Motor Solar. La Energia Eléctrica - Revista General de Electricidad y sus Aplicaciones, 1903 61-65, 8.
• 5. Fluri T, Von Backström T.W.: Comparison of modelling approaches and layouts for solar chimney turbines. Sol Energy, 82 2008, 239-246.
• 6. Gannon AJ, Von Backström TW.: Controlling and maximizing solar chimney power output. In: Proceedings of the 1st international conference on heat transfer, fluid mechanics and thermodynamics, Kruger Park, South Africa; 2002.
• 7. Haaf W, Friedrich K, Mayr G, Schlaich J.: Solar Chimneys - Part I: Principle and Construction of the Pilot Plant in Manzanares, 1983, 3 - 20, Taylor & Francis.
• 8. Hamdan M.O.: Analysis of solar chimney power plant utilizing chimney discrete model. Renew Energy, 56 2013, 50-54.
• 9. Maia CB, Ferreira AG, Valle RM, Cortez MFB. Theoretical evaluation of the influence of geometric parameter and materials on the behavior of the airflow in a solar chimney. Computers & Fluids, 2009, 625-636,38.
• 10. Maia C.B, Castro J.O, Cabezas-Gómezb L, Hanriota S.M, Ferreirac A.G.: Energy and exergy analysis of the airflow inside a solar chimney. Renew Sustain Energy Rev, 27 2013, 350-361.
• 11. Park S.R, Pandey A.K, Tyagi V.V, Tyagi S.K.: Energy and exergy analysis of typical renewable energy systems. Renew Sustain Energy Rev, 30 2014, 105-123.
• 12. Sangi R.: Performance evaluation of solar chimney power plants in Iran Renew Sustain Energy Rev, 16 2012, 704-710.
• 13. Schlaich J.: The Solar Chimney. Electricity from the Sun. Edition Axel Menges, Stuttgart, 1995.
• 14. Shi L, Chew M.Y.L.: A review on sustainable design of renewable energy systems. Renew Sustain Energy Rev, 16 2012, 192-207.
• 15. Tayebi T, Djezzar M.: Numerical Analysis of Flows in a Solar Chimney Power Plant with a Curved Junction. International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 4, 2013.
• 16. Zhai X.Q, Song Z.P, Wang R.Z.: A review for the applications of solar chimneys in buildings. Renew Sustain Energy Rev, 15 2011, 3757-3767.
• 17. Zhou X, Wang F, Ochieng R.M.: A review of solar chimney power technology. Renew Sustain Energy Rev, 14 201), 2315-2338.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)