0.3 Tính toán thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời  (Page 6/12)

Cường độ bức xạ mặt trời tới mặt kính tại thời điểm  là E() = Ensin(), với () = . là góc nghiêng của tia nắng với mặt kính, = 2/n và n = 24 x 3600s là tốc độ góc và chu kỳ tự quay của trái đất, En là cường độ bức xạ cực đại trong ngày, lấy bằng trị trung bình trong năm tại vĩ độ đang xét En = $\frac{1}{\text{365}}\sum E_{\text{ni}}$ . Lúc mặt trời mọc = 0, nhiệt độ đầu của bộ thu và chất lỏng bằng nhiệt độ to của không khí môi trường xung quanh.

Phương trình vi phân cân bằng nhiệt của bộ thu

Ta giả thiết rằng tại mỗi thời điểm , xem nhiệt độ chất lỏng và ống hấp thụ đồng nhất và bằng t(). Xét cân bằng nhiệt cho hệ bộ thu trong khoảng thời gian d kể từ thời điểm . Mặt bộ thu hấp thụ từ mặt trời 1 lượng nhiệt bằng Q1:

Q1 = .Ensin .FD .sin.d, [J]. (4.8)

Với FD = D1D2.F1 + fc.D1 D2.F2 + R.D11D23.F3 + R.D1D2.F4, (4.9)

trong đó: F1= L.d , F2= L.2.Wc , F3= L(d2 - d1), F4= L(N - d2) (xem khe hở giữa cánh và ống kính trong là bằng 0).

Lượng nhiệt nhận được của bộ thu Q1 dùng để:

- Làm tăng nội năng của ống hấp thụ dU = (mo.Co + mc.Cc) dt

- Làm tăng entanpy lượng nước tĩnh dIm = m.CPdt

- Làm tăng entanpy dòng chất lỏng dIG = G.CP(t - to) d

- Truyền nhiệt ra ngoài không khí Q2 = Ktt .L(t - to)d

trong đó: khối lượng ống hấp thụ mo= d.L.o.o, [kg],

khối lượng cánh mc= 2LWc.c.c , [kg]

khối lượng nước tĩnh m = $\frac{\pi }{4}$ d2.L. [kg],

hệ số tổn thất nhiệt tổng Ktt = [KL + KLbx + nKd.Fd], [W/mK]

n- số nút đệm trên 1m chiều dài bộ thu, [m]-1

hệ số truyền nhiệt qua nút đệm Kd = ${\frac{{\delta }_d}{{\lambda }_d}+\frac{1}{\alpha }}^{-1}$ , [W/m2K]

hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu và dẫn nhiệt KL=. ${\left[\frac{1}{\alpha \text{.}{d}_2}+\sum _{i=1}^4\frac{1}{{\mathrm{2\lambda }}_i}\text{.}\text{ln}\frac{d_{i+1}}{d_i}\right]}^{-1}$ , [W/mK]

hệ số truyền nhiệt bằng bức xạ KLbx= ..qd.(Ttb+To)(Ttb2+To2), [W/mK]

với qd = ${\left[\frac{1}{\mathrm{\epsilon d}}+\frac{1}{d_2}\frac{1}{{\epsilon }_2}-1+\frac{1}{d_1}\frac{2}{{\epsilon }_1}-1\right]}^{-1}$ ,  = 5.67.10-8 W/mK4

Ttb = 273 + ttb,nhiệt độ tuyệt đối trung bình tính toán của môi chất trong bộ thu, [K]

Vậy ta có phương trình cân bằng nhiệt cho bộ thu:

Q1 = dU + dIm + dIG + Q2 (4.10)

thì phương trình cân bằng nhiệt (4.2) có thể viết dưới dạng:

.En.FD.sin2.d = (mo.Co+m.CP+mc.Cc)dt+(GCP+KttL)(t - to)d. (4.11)

Biến đổi bằng cách thay T() = t() - to và đặt:

a = $\frac{\epsilon \text{.}{F}_D\text{.}{E}_n}{m{}_o\text{.}C{}_o+{\text{mC}}_P+m_c{C}_c}=\frac{P}{C}$ , [K/s] (4.12a)

b = $\frac{{\text{GC}}_P+K_{\text{tt}}\text{.}L}{m{}_o\text{.}C{}_o+{\text{mC}}_P+m_c{C}_c}=\frac{W}{C}$ [1/s] (4.12b)

thì phương trình cân bằng nhiệt cho bộ thu là:

T’() + b.T() = a.sin2() Với điều kiện đầu T(0) = 0

(4.14)

Giải hệ phương trình 4.13, 4.14 tương tự như ở mục trên ta tìm được hàm phân bố nhiệt độ chất lỏng trong bộ thu là:

T() = $\frac{a}{\mathrm{2b}}$ [1- $\frac{b}{\sqrt{b^2+{\mathrm{4\omega }}^2}}$ sin(2 + artg $\frac{b}{\mathrm{2\omega }}$ ) - $\frac{e^{-\mathrm{b\tau }}}{1+(b/\mathrm{2\omega }{)}^2}$ ] (4.15)

Trong đó a và b được xác định theo công thức 4.12a và 4.12b

Công thức tính toán bộ thu

Từ hàm phân bố (4.15) ta dễ dàng lập được các công thức tính các thông số kỹ thuật đặc trưng cho bộ thu như bảng 4.4:

Bảng 4.4. Các thông số đặc trưng của bộ thu nằm ngang