Добавил:
ИТАЭ 1 поток Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
14
Добавлен:
22.01.2021
Размер:
896.37 Кб
Скачать

Занятие7.Расчёт теплообмена вэлементахгелиоустановок

Наружныйивнутреннийдиаметрытеплоприёмника,м: Do = 50 10- 3

Di = 40 10- 3

Диаметр стекляннойоболочки*,м: Dc = 80 10- 3

 

Длина теплоприёмника,м: L = 10

 

 

Поверхностьконцентратора,м2: A

= 30

 

conc

 

 

Коэффициентыизлученияабсорбераиоболочки: εr = 0.9

εc = 0.88

Теплопроводностьстальнойтрубы,Вт/мК: λr = 15

 

Температуры абсорбераи оболочки**,К: Tr = 271+ 273

= 544 Tc = 76 + 273 = 349

Температураокружающейсреды,К: Ta = 20 + 273 = 293

 

Скоростьветра,м/с: wa = 5

 

Плотностьлучистого потока сединицыповерхностиконцентратора***,Вт/м2: qconc = 400

Параметрытеплоносителя: массовыйрасход,кг/с: G = 0.1

температура на входевтрубу,К: T'f = 200+ 273 = 473

*Термическимсопротивлениемтеплопроводностичерезстекляннуюоболочкупренебрегаем **Температурытеплоприёмника истекляннойоболочки принимаемизвестными

***Такжеврасчётепренебрегаютсяоптическиепотери вустановке

1.Площади поверхностей,м2:

1.1.наружнойтеплоприёмника: Ao = π Do L = π 50 10- 3 10 = 1.571

1.2.внутреннейтеплоприёмника: Ai = π Di L = π 40 10- 3 10 = 1.257

1.3.стекляннойоболочки: Ac = π Dc L = π 80 10- 3 10 = 2.513

2.Фокусируемый тепловойпоток,Вт:

Qsol = qconc Aconc = 40030 = 12000.0

Весьэтоттепловой потоквоспринимаетсяустановкой,а далееразделяетсяна двечасти - тепловыепотери иостаток,который будет передан жидкостидляеёнагрева:

Qsol = QL + Qus

Начатьрасчётсопределения температурытеплоносителянавыходеизустановкинельзя, т.к.нужно сначаларассчитатьтепловыепотери вокружающуюсреду QL.

3.Определениепотокатепловых потерьвокружающуюсреду

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

QL = UL Ar (Tr - Ta)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UL =

 

 

 

 

 

1

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

+ R

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r-c

 

 

 

c-a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rad

 

conv

 

rad

 

 

conv

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hr-c

 

+ hr-c

 

 

 

hc-a

 

 

+

hc-a

 

 

3.1.Коэффициенты теплоотдачивэлементахустановки,Вт/м2К:

 

 

 

 

 

а)радиационной (rad)от теплоприёмника(r)к стеклянной оболочке(c):

 

 

 

 

rad

 

σ

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

- 8

(544

2

+

2

 

 

 

 

 

 

 

 

=

Tr

+ Tc (Tr + Tc)

=

5.67 10

 

 

349 )(544 + 349)

= 17.68

hr-c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

Ao

 

1

 

 

 

1

 

+

1.571

 

1

 

-

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

- 1

 

 

0.9

 

2.513

 

0.88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

εr

 

 

Ac

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

εc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)конвективной(conv)от теплоприёмника (r)кстекляннойоболочке(c):

hr-cconv = 0

(т.к.полостьмеждутеплоприёмникомистекляннымпокрытиемвакуумирована)

в)радиационной(rad)от стекляннойоболочки (c)кокружающейсреде(a):

hc-arad = εc σ Tc2 + Ta2 (Tc + Ta) = 0.88 5.67 10- 8 (3492 + 2932)(349 + 293) = 6.652

г)конвективной (conv)от стекляннойоболочки(c)кокружающейсреде(a):

-Свойства воздухаприопределяющейтемпературе Ta - 273 = 20

°C:

-кинематическаявязкость,м2/с: νa

= 15.0610- 6

 

 

 

 

-теплопроводностьВт/мК: λa = 2.6 10- 2

 

 

 

 

-числоПрандтля: Pra = 0.703

 

wa Dc

 

5 80 10- 3

 

 

-КритерийРейнольдса длявоздуха: Re

=

=

=

26560.0

 

 

 

a

 

νa

15.0610- 6

 

 

 

 

 

 

-ВыбираемформулудлякритерияНуссельтаи определяемкоэффициенттеплоотдачи:

 

 

conv

 

λa

 

0.6

 

0.38

 

2.6 10- 2

0.6

0.38

 

h

c-a

 

= 0.25

 

Re

Pr

a

 

= 0.25

 

26560.0

0.703

= 32.08

 

 

 

 

 

 

Dc

a

 

 

 

80 10- 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.Полныйкоэффициент потерьустановки,Вт/м2К:

UL

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

+

 

 

 

1

 

 

 

 

Ao

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rad

 

 

 

 

 

rad

 

 

 

Ac

 

 

 

 

conv

 

conv

 

 

 

 

hr-c

 

+ hr-c

 

 

hc-a

 

+

hc-a

 

 

 

UL

= UL

=

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

= 13.75

 

 

 

1

 

+

 

 

1

 

 

1.571

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17.68 + 0

 

6.652

+ 32.08

2.513

 

 

 

 

 

3.3.Потоктепловых потерьвокружающуюсреду,Вт:

QL = UL Ao (Tr - Ta) = 13.75 1.571 (544 - 293) = 5422.0

4.Определениетемпературы жидкостина выходеизустановки 4.1.Эффективно используемыйтепловойпоток(передаваемыйжидкости),Вт:

Qus = Qsol - QL = 12000.0 - 5422.0 = 6578.0

Далееможнопойтидвумяпутями-решатьуравнениеконвективнойтеплоотдачи

 

 

qin = hr-fconv Ain (Tr,in - Tf,av),

где Tf,av =

T'f + T''f

,либо решитьуравнениетепловогобаланса дляпотокажидкости

2

 

 

T''f

Qus = G cp dT = G(h''f - h'f).

T'f

Вобоих случаях изэтихуравненийнаходят T''f .

4.5.Определениетемпературы теплоносителянавыходеизустановки T''f изУТБ

T''f

Qus = G cp dT = G (h''f - h'f)

T'f

 

cp(T) =

 

 

2

 

3

а)

0.003313 (T - 273)

+ 0.0000008970785 (T - 273)

 

+ 1.496005

10

Given

T''f

Qus = G cp(T) dT

T'f

T''f > 0

T''f = Find(T''f) = (502.256 -4023.751 -1199.154)

Т

Q(Т) = G cp(Т) dТ

T'f

1 104

T''f

8 103

 

6 103

Qus

Q(Т)

4 103

2 103

480

500

520

Т

б)

Qus = G (h''f - h'f)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

2

- h

1

=

 

c

p

dT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h - h

 

 

T

c

 

dT

h(T) = h

 

T

c

 

dT

 

0

=

p

0

+

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

Примем h0 = 0Дж/кг, T0 = T'f = 473 К.

T

h(T) = cp(T) dT

T'f

 

Qus = G (h''f - 0)

 

h'' =

Qus

= 6578.0 = 65780.0

Дж/кг

 

f

G

0.1

 

 

 

Given

T''f

h''f = cp(T) dT

T'f

T''f > 0

T''f = Find(T''f) = (502.256 -4023.751 -1199.154)

 

 

T''f

 

485

26598.746

1 105

 

 

 

 

490

37838.347

 

 

 

 

 

 

 

h(Т)

 

 

h''f

augment(Т,h) = 495

49170.506

5 104

 

 

 

 

500

60595.448

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

505

72113.397

480

490

500

510

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в папке семинар 8