Giáo trình phân tích quy trình tổng quan mối quan hệ giữa đường kính và thời gian đồ thị quan hệ p3 pdf

59
Do õoù cỏửn choỹn C vaỡ W sao cho thoớa maợn 2 õióửu kióỷn:
C = m
i
C
i

s
T
P

=
)(2
1
os
nn
tt
FDE




= C
S
, [J/K]
W = GC
p
+ k
i

F
i

2
2
)(

C
T
P
s









=
22
CC
S


= W
Sõ
, [W/K]
ióửu kióỷn thổù 2 seợ õổồỹc õaùp ổùng nóỳu k

i
F
i
< W
Sõ
vaỡ choỹn G
p
C
1
(W
Sõ
- k
i
F
i
).
ióửu kióỷn sọi trong panel tộnh laỡ:
T
m
=
)
4
1(
2
22

+
+
b
a

b
a
T
S
hay W








+
+
2
)/2(1
1
1
2
WC
T
P
S

.
ióửu kióỷn naỡy seợ õổồỹc õaùp ổùng nóỳu choỹn:
C < C
S
, k

i
F
i
< W
S
vaỡ G <
p
C
1
(W
S
- k
i
F
i
). = G
S
,
vồùi W
S
laỡ nghióỷm cuớa phổồng trỗnh W
S
=

+
+
2
)/2(1
1
1
2
S
S
WC
T
P


Vồùi panel 1 m
2
õỷt taỷi aỡ nụng, thỗ C
S
= 167 kJ/K, W
Sõ
= 11,8 W/K, W
s
=11,5W/K,
G
S
=
p
C
1

(W
S
- k
i
F
i
) = 0,0017 kg/s.
Cọng thổùc tờnh thồỡi gian vaỡ lổồỹng nổồùc sọi:
Thồỡi õióứm õaỷt nhióỷt õọỹ sọi t
S
õổồỹc xaùc õởnh bồới phổồng trỗnh t(
S
) = t
S
hay
T(
S
) = t
S
-t
o
= T
S
.
Giaới phổồng trỗnh T(
S
) = T
S
cho mọựi loaỷi panel, seợ thu õổồỹc 2 nghióỷm
S1

,
vaỡ
S2
. Thồỡi gian sọi seợ laỡ =
S2
-
S1
vaỡ lổồỹng nổồùc sọi thu õổồỹc laỡ G
S
= G
S
.
Caùc cọng thổùc tờnh
S1
,
S2
,
S
, G
S
seợ õổồc giồùi thióỷu ồớ baớng 3.3.
Vồùi panel ồớ trón , õaợ coù C < C
S
, k
i
F
i
< W
S
, nóỳu choỹn G =0,001kg/s <G

S

thỗ seợ õaỷt õổồỹc õióửu kióỷn sọi caớ khi tộnh vaỡ khi õọỹng, caùc quaù trỗnh sọi õổồỹc mọ taớ ồớ
hỗnh 2.10.

Baớng 4.3. Caùc cọng thổùc nhióỷt vaỡ caùc sọỳ lióỷu cho panel nổồùc sọi1m
2
coù W < W
S
.

Panel tộnh Panel õọỹng
Thọng sọỳ
õỷc trổng
Cọng thổùc tờnh Sọỳlióỷu Cọng thổùc tờnh Sọỳ lióỷu
Thồỡi õióứm
bừt õỏửu sọi

s1
= +




2
[
4
b
artg
n

]
4)2(
sin
22
ab
babT
ar
S

+
+

5,1h

õs1
= +
b
artg
n



[
2


]sin
22
a

bT
ar
S

+
+

4,5h


60
Thåìi âiãøm
kãút thục säi
τ
s2
= −−
ω
π
π
τ
2
2[
4
b
artg
n

4
)2(
sin

2
ab
babT
ar
S
ω
+−
−

9,2h
τ
âs2
= −+
b
artg
n
ω
π
π
τ
[
2

]sin
22
a
bT
ar
S
ω

+
−

10,1h
Thåìi gian
säi
∆τ
s
= −
π
π
τ
[
4
n

]
4)2(
sin2
22
ab
babT
ar
S
ω
+−
−

4,1h
∆τ

âs
= −
π
π
τ
[
2
n


]sin2
22
a
bT
ar
S
ω
+
−

5,6h
Lỉåüng nỉåïc
säi
G
S
= −
π
π
τ
[

4
n
G

]
4)2(
sin2
22
ab
babT
ar
S
ω
+−
−

1
4,8kg

G
âs
= −
π
π
τ
[
2
n
G

]sin2
22
a
bT
ar
S
ω
+
−

20kg

Hiãûu sút
panel
η =
n
ssp
EnF
TGC
τ
τ
π
1
∆

26%
η
â
=

n
âssp
EnF
TGC
τ
τ
π
1
∆

36%

















Hçnh 4.10. Hm nhiãût âäü ténh t(τ) v âäüng t
â

(τ) ca panel nỉåïc säi1m
2
cọ W<W
S


Cạc hm phán bäú láûp âỉåüc â mä t tỉång âäúi âáưy â v chênh xạc sỉû phủ
thüc ca nhiãût âäü cháút lng vo thåìi gian v háưu hãút cạc thäng säú ca panel. Nọ
cho phẹp suy ra cạc cäng thỉïc tênh nhiãût v cạc âiãưu kiãûn cáưn phi âạp ỉïng khi
mún tàng nhiãût âäü hồûc lm säi cháút lng trong panel.
τ
â
t
(τ)
68
10
12
13,2
14
16
18h
0
20
40
60
80
100
124 C
46 C
o

o
120
121 C
o
τ
s1â
τ
s1
140 C
o
o
61 C
s2â
τ
s2
τ12,6
100 C = t
o
s
o
30 C
∆τ
âs
∆τ
s
t
(τ)


61

Caùc cọng thổùc õổa ra coù thóứ duỡng khi tờnh thióỳt kóỳ hoỷc kióứm tra panel õóứ gia
nhióỷt hay õun sọi caùc chỏỳt loớng khaùc nhau, ồớ vộ õọỹ tuỡy yù, ổùng vồùi caùc giaù trở thờch
hồỹp cuớa caùc thọng sọỳ , C
p
, t
S
vaỡ E
n ,
t
o
.

4.2.2. Bọỹ thu kióứu ọỳng coù gổồng phaớn xaỷ daỷng parabol truỷ
4.2.2.1. Bộ thu đặt nằm ngang
Module bộ thu nằm ngang có cấu tạo nh hình 4.11, gồm một ống hấp thụ sơn
màu đen có chất lỏng chuyển động bên trong, bên ngoài là hai ống thuỷ tinh lồng
vào nhau, giữa hai ống thuỷ tinh là lớp không khí hoặc đợc hút chân không. Tất
cả hệ ống hấp thụ và ống thuỷ tinh đợc đặt trên máng parabol trụ, phơng trình
biên dạng của parabol trụ là:

p
x
y
4
2
=
Trong đó: p là khoảng cách đờng tiêu điểm đến đáy parabol.
Theo cách bố trí trên dễ dàng thấy rằng tất cả thành phần vuông góc của tia bức xạ
mặt trời sau khi đến gơng parabol thì phản xạ đến tâm của ống hấp thụ.
y

x
y=
x
4p
2
p
N
L
Lớp kính ngoài
ống hấp thụ dẫn môi chất
Lớp kính trong
Parabol trụ phản xạ
Cánh nhận nhiệt


Hình 4.11. Cấu tạo loại module bộ thu đặt nằm ngang


62
Vấn đề là cần xác định các thông số kích thớc các bộ phận của module bộ
thu và mối quan hệ giữa các thông số sao cho bộ thu có hiệu quả nhất về mặt hấp
thụ nhiệt và về mặt kinh tế.
Các thông số bộ thu và cơ sở tính toán
Khảo sát một bộ thu năng lợng mặt trời (module) kiểu ống có gơng
parabol trụ nh hình 4.12.
Bộ thu gồm một ống đồng ở giữa có đờng kính d dày
o
, khối lợng riêng

o

nhiệt dung riêng C
o
, hai bên ống có hàn thêm 2 cánh đồng phẳng có chiều dày

c
, chiều rộng cánh là W
c
, hệ số dẫn nhiệt
c
và hiệu suất cánh f
c
, làm nhiệm vụ hấp
thụ năng lợng mặt trời với, hệ ống- cánh đợc sơn phủ một lớp sơn đen và có độ
đen , bên trong ống chứa chất lỏng có khối lợng tĩnh m, lu lợng G[kg/s] nhiệt
dung riêng C
P
chảy liên tục qua bộ thu. Xung quanh ống đợc bọc 2 ống thủy tinh
có đờng kính d
1
, d
2
, dày
k1
,
k2
có hệ số dẫn nhiệt, hệ số bức xạ và hệ số truyền
qua lần lợt là
k1
,
k2

,
1
,
2
, D
1
, D
2
làm nhiệm vụ lồng kính và cách nhiệt. Giữa
các ống thủy tinh và ống đồng là các lớp không khí có hệ số dẫn nhiệt là
kk
hai
đầu đợc đệm kính bằng hai nút cao su dày
d
có đờng kính d
d
và hệ số dẫn nhiệt

d
. Hệ số tỏa nhiệt từ ống thủy tinh ngoài đến không khí có nhiệt độ t
o
là . Phía
dới hệ ống có mặt phản xạ dạng parabol trụ với hệ số phản xạ R với diện tích thu
nắng F
o
= N.L. Bộ thu đợc đặt sao cho mặt phản xạ của parabol hớng về phía mặt
trời (trục của hệ ống song song với mặt phẳng quỹ đạo của mặt trời).
.
()
n

E()
to
t
GCp
to
to


d2, D2, k2, k2
d
1, D1, k1, k1
d, , m, Cp
dd, d, d
L
N
kk, kk
d, o, o, Co

Hình 4.12. Kết cấu bộ thu dạn
g
ốn
g
có
g
ơn
g

p
hản xạ

p
arabol trụ đặ
t
cố định loại đặt nằm ngang


63
Cờng độ bức xạ mặt trời tới mặt kính tại thời điểm là E() = E
n
sin(),
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, E
n
là cờng độ bức xạ cực đại
trong ngày, lấy bằng trị trung bình trong năm tại vĩ độ đang xét E
n
=

ni
E
365
1
.
Lúc mặt trời mọc = 0, nhiệt độ đầu của bộ thu và chất lỏng bằng nhiệt độ t
o
của

không khí môi trờng xung quanh.

Phơng 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 lợng nhiệt bằng Q
1
:
Q
1
= .E
n
sin .F
D
.sin.d, [J]. (4.8)
Với F
D
= D
1
D
2
.F
1
+ f
c
.D
1
D
2
.F

2
+ R.D
1
1
D
2
3
.F
3
+ R.D
1
D
2
.F
4
, (4.9)
trong đó: F
1
= L.d , F
2
= L.2.W
c
, F
3
= L(d
2
- d
1
), F
4

= L(N - d
2
) (xem khe hở
giữa cánh và ống kính trong là bằng 0).
Lợng nhiệt nhận đợc của bộ thu Q
1
dùng để:
- Làm tăng nội năng của ống hấp thụ dU = (m
o
.C
o
+ m
c
.C
c
)

dt
- Làm tăng entanpy lợng nớc tĩnh dI
m
= m.C
P
dt
- Làm tăng entanpy dòng chất lỏng dI
G
= G.C
P
(t - t
o
) d

- Truyền nhiệt ra ngoài không khí Q
2
= K
tt
.L(t - t
o
)d
trong đó: khối lợng ống hấp thụ m
o
= d.L.
o
.
o
, [kg],
khối lợng cánh m
c
= 2LW
c
.
c
.
c
, [kg]
khối lợng nớc tĩnh m =
4

d
2
.L. [kg],
hệ số tổn thất nhiệt tổng K

tt
= [K
L
+ K
L
bx
+ nK
d
.F
d
], [W/mK]
n- số nút đệm trên 1m chiều dài bộ thu, [m]
-1

hệ số truyền nhiệt qua nút đệm K
d
=
1
1









+

d
d
, [W/m
2
K]

hệ số truyền nhiệt bằng đối lu và dẫn nhiệt K
L
=.
1
4
1
1
2
ln.
2
1
.
1

=
+






+

i
i
i
i
d
d
d

, [W/mK]