

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 |
|
|
|
|
|
|