Symulacja pracy płaskich cieczowych kolektorów słonecznych w warunkach nieustalonych

• Autorzy: Zima W. , Dziewa P.

Warianty tytułu

EN

Simulation of liquid flat-plate solar collectors operation in unsteady states

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono opis opracowanego modelu matematycznego, proponowanego do symulacji pracy płaskich cieczowych kolektorów słonecznych w warunkach nieustalonych oraz jego weryfikację eksperymentalną. Jest to model jednowymiarowy o parametrach rozłożonych. Oparty jest na rozwiązaniu równań opisujących zasadę zachowania energii dla szyby solarnej, warstwy powietrza pomiędzy szybą i absorberem, czynnika roboczego, absorbera oraz dla izolacji. Wyprowadzone równania różniczkowe rozwiązano za pomocą niejawnego schematu różnicowego. Wszystkie własności termofizyczne czynnika, warstwy powietrza oraz absorbera, jak również współczynniki wnikania ciepła, obliczane są na bieżąco. W celu eksperymentalnej weryfikacji proponowanego modelu zbudowane zostało stanowisko badawcze. Weryfikacja polegała na porównaniu zmierzonych, dla różnych warunków atmosferycznych, przebiegów temperatury czynnika na wylocie z kolektora z wynikami obliczeń numerycznych. Dla wszystkich analizowanych przypadków uzyskano w pełni zadowalającą zgodność tych przebiegów. Model proponowany jest dla symulacji dynamiki płaskich cieczowych kolektorów słonecznych pracujących w układzie kanałów równoległych lub serpentynowych z jedną lub dwoma szybami solarnymi.

EN

The mathematical model of a liquid flat-plate solar collector dynamics is presented. It is a one-dimensional model with distributed parameters. The proposed model is based on solving equations describing the en-ergy conservation for the glass cover, air gap between cover and absorber, absorber, working fluid, and insulation. To solve these equations, the implicit finite-difference scheme is suggested. The thermo-physical properties of the air gap, absorber, and working fluid are computed in on-line mode. The transient heat transfer coefficients are also computed in real-time. The efficiency of the method is confirmed by experimental verification. Comparing the measurement results of the transient fluid temperature at the collector outlet with computational results, satisfactory convergence is found. The presented model is suitable for collectors working in a parallel or in a serpentine tube arrangement with single or double covers.

Słowa kluczowe

PL

kolektor słoneczny; nieustalone warunki pracy; model matematyczny; weryfikacja eksperymentalna

EN

solar collector; transient state; mathematical model; experimental verification

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2011
• Tom: Nr 5
• Strony: 52--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Zima W.

autor

Dziewa P.

• Politechnika Krakowska, Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych Wydziału Mechanicznego,

Bibliografia

• [1] Anderson T.N., Duke M., Carson J.K.: The effect of colour on the thermal performance of building integrated solar collectors. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2010, 94, 350-354.
• [2] Cadafalch J.: A detailed numerical model for flat-plate solar thermal devices. Solar Energy, 2009, 83, 2157–2164.
• [3] Duffie J.A., Beckman W.A.: Solar Engineering of Thermal Processes, third ed. Wiley Interscience, New York 2006.
• [4] Dziewa P., Zima W.: Badania i modelowanie dynamiki cieczowego kolektora słonecznego. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, Sigma-NOT, nr 12/2009, 9-12.
• [5] Dziewa P.: Badania i modelowanie dynamiki cieczowego kolektora słonecznego. Część I: Stanowisko badawcze. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, Sigma-NOT, 09/2008, Warszawa 2008, 8-10.
• [6] Fan J., Shah L.J., Furbo S.: Flow distribution in a solar collector panel with horizontally inclined absorber strips. Solar Energy, 2007, 81, 1501-1511.
• [7] Martinopoulos G., Missirlis D., Tsilingiridis G., Yakinthos K., Kyriakis N.: CFD modeling of a polymer solar collector. Renewable Energy, 2010, 35, 1499-1508.
• [8] Pluta Z.: Podstawy teoretyczne fototermicznej konwersji energii słonecznej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000.
• [9] Serov E.P., Korolkov B.P.: Dynamics of Steam Generators (in Russian). Energia, Moskwa 1981.
• [10] Singh P.L., Sarviya R.M., Bhagoria J.L.: Heat loss study of trapezoidal cavity absorbers for linear solar concentrating collector. Energy Conversion and Management, 2010, 51, 329-337.
• [11] Zima W., Dziewa P.: Mathematical modelling of heat transfer in liquid flat-plate solar collector tubes. Archives of Thermodynamics, Vol. 31(2010), No. 2, 45-62.
• [12] Zima W., Dziewa P.: Modelling of liquid flat-plate solar collector operation in transient states. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 2011, 225, 53-62.