Năng lượng mặt trời phần lý thuyết và ứng dựng phần 4 docx

phỏửn sau: nng lổồỹng hổợu ờch Q
hi
, tọứn thỏỳt nhióỷt qua caùc lồùp kờnh ngn
vaỡ qua õaùy bọỹ thu.
Ta coù thóứ bióứu dióựn sồ õọử naỡy mọỹt caùch õồn giaớn hồn hỗnh 4.5b
hay sồ õọử tổồng õổồng hỗnh 4.6.
Tọứn thỏỳt nhióỷt qua caùc lồùp kờnh laỡ tọứng cuớa trao õọứi nhióỷt õọỳi
lổu vaỡ trao õọứi nhióỷt bổùc xaỷ giổợa caùc bóử mỷt song song. ồớ traỷng thaùi ọứn
õởnh thỗ nng lổồỹng trao õọứi giổợa tỏỳm hỏỳp thuỷ cuớa bọỹ thu coù nhióỷt õọỹ
T
p
vaỡ lồùp kờnh thổù nhỏỳt coù nhióỷt õọỹ T
c1
õuùng bũng lổồỹng nhióỷt trao õọứi
giổợa caùc lồùp kờnh kóỳ tióỳp vaỡ cuợng bũng lổồỹng nhióỷt trao õọứi giổợa lồùp
kờnh ngoaỡi cuỡng vồùi mọi trổồỡng xung quanh. Vaỡ nhổ vỏỷy tọứn thỏỳt nhióỷt
qua kờnh (trón mọỹt õồn vở dióỷn tờch) õuùng bũng lổồỹng nhióỷt truyóửn tổỡ
tỏỳm hỏỳp thuỷ õóỳn bóử mỷt kờnh thổù nhỏỳt:
()
(
)
1
11
1
4
1
4
11.
+

+=

cp
cp
cpcptrt
TT
TTq



(4.14)
Trong õoù
p
,
c1
laỡ õọỹ õen cuớa tỏỳm hỏỳp thuỷ vaỡ cuớa lồùp kờnh thổù
nhỏỳt,
p-c1
laỡ hóỷ sọỳ truyóửn nhióỷt õọỳi lổu giổợa 2 tỏỳm phúng nghióng
song song (tỏỳm hỏỳp thuỷ vaỡ kờnh), nóỳu goỹi
bx
p-c1
laỡ hóỷ sọỳ trao õọứi nhióỷt
bổùc xaỷ giổợa tỏỳm hỏỳp thuỷ vaỡ kờnh thỗ ta seợ coù:


(
)
(
)

1
1
1. cp
cp
bx
cptrtt
TTq +=





(4.15)
Với
(
)
(
)
1
11
1
2
1
2
1
1
+
++
=

cp
cpcp
cp
bx
TTTT




Nhiệt trở R
3
sẽ là:

1
Ta
T
p
S
Q
hi
Ktt
Hỗnh 4.6. Sồ õọử maỷng nhióỷt
tổồng õổồng cuớa bọỹ thu



63

bx
cpcp

R
11
3
1

+
=

(4.16)
R
3
laỡ nhióỷt trồớ truyóửn nhióỷt giổợa tỏỳm hỏỳp thuỷ vaỡ kờnh. Cuợng tổồng tổỷ ta
coù bióứu thổùc tờnh cho nhióỷt trồớ gổợa 2 tỏỳm kờnh R
2
. Theo nguyón lyù
chung thỗ chuùng ta coù thóứ lừp caỡng nhióửu tỏỳm kờnh che thỗ nhióỷt trồớ
caỡng lồùn, nhổng trong thổỷc tóỳ caùc bọỹ thu thổồỡng õổồỹc giồùi haỷn nhióửu
nhỏỳt laỡ õóỳn 2 lồùp kờnh.
Nhióỷt trồớ R1 giổợa bóử mỷt kờnh vồùi mọi trổồỡng xung quanh coù
daỷng tổồng tổỷ nhổ bióứu thổùc trón nhổng hóỷ sọỳ truyóửn nhióỷt õọỳi lổu tổỡ
bóử mỷt kờnh õóỳn mọi trổồỡng xung quanh
w
, lỏỳy giaù trở bũng 5 - 10
W/m
2
K (coi tọỳc õọỹ gioù trung bỗnh khoaớng 5m/s). Nhióỷt trồớ bổùc xaỷ tổỡ
mỷt kờnh õổồỹc tờnh toaùn theo nhióỷt õọỹ bổùc xaỷ cuớa bỏửu trồỡi T
s
,

nhổng õóứ
tióỷn cho tờnh toaùn ta coù thóứ tham khaớo giaù trở cuớa nhióỷt trồớ naỡy theo
nhióỷt õọỹ mọi trổồỡng xung quanh laỡ T
a
, do õoù
bx
c2-a
coù thóứ vióỳt laỡ:


(
)
(
)
(
)
ac
scscsc
cac
TT
TTTTTT


=

2
2
22
22
22

(4.17)
Vaỡ nhióỷt trồớ R
1
seợ laỡ :
ac
bx
w
R

+
=
2
1
1

(4.18)

Vỏỷy hóỷ sọỳ tọứn thỏỳt qua caùc lồùp kờnh tổỡ tỏỳm hỏỳp thuỷ cuớa bọỹ thu ra
mọi trổồỡng xung quanh laỡ :
321
.
1
RRR
K
trtt
++
=
(4.19)
óứ xaùc õởnh giaù trở cuớa K

tt.tr
õỏửu tión ta cỏửn giaớ õởnh nhióỷt õọỹ cuớa
caùc lồùp kờnh, ta tờnh õổồỹc caùc hóỷ sọỳ truyóửn nhióỷt bũng õọỳi lổu vaỡ bổùc
xaỷ giổợa caùc bóử mỷt song song, theo cọng thổùc trón ta xaùc õởnh õổồỹc hóỷ
sọỳ tọứn thỏỳt K
tt.tr
vaỡ tổỡ õoù ta xaùc õởnh õổồỹc doỡng nhióỷt tọứn thỏỳt qua bóử
mỷt bọỹ thu, õỏy cuợng chờnh laỡ doỡng nhióỷt trao õọứi giổợa caùc bóử mỷt. Tổỡ


64

õoù ta lỏửn lổồỹt tờnh laỷi õổồỹc caùc giaù trở nhióỷt õọỹ cuớa caùc lồùp kờnh T
j
. So
saùnh caùc giaù trở nhióỷt õọỹ tờnh õổồỹc vồùi caùc nhióỷt õọỹ giaớ õởnh ban õỏửu,
nóỳu chuùng xỏỳp xố nhau thỗ giaù trở giaớ thióỳt laỡ chỏỳp nhỏỷn õổỷồc, coỡn nóỳu
khọng xỏỳp xố thỗ ta phaới lỏỳy caùc giaù trở T
c
mồùi tờnh õổồỹc laỡm nhióỷt õọỹ
tờnh toaùn cuớa caùc bóử mỷt õóứ xaùc õởnh giaù trở K
tt.tr
mồùi vaỡ tờnh lỷp cho
õóỳn khi naỡo caùc T
c
tờnh õổồỹc gỏửn vồùi giaù trở caùc T
c
giaớ thióỳt.

(

)
bx
jiji
aptrtt
ij
TTK
TT

+

=

.
(4.20)
Tọứn thỏỳt nhióỷt qua õaùy bọỹ thu õổồỹc bióứu dióựn bồới 2 nhióỷt trồớ R
4
,
R
5
trong hỗnh 4.1-5b. R
4
laỡ nhióỷt trồớ cuớa lồùp caùch nhióỷt vaỡ R
5
laỡ nhióỷt
trồớ õọỳi lổu vaỡ bổùc xaỷ cuớa õaùy bọỹ thu vồùi mọi trổồỡng xung quanh.
Thổồỡng õọỹ lồùn cuớa R
5
coù thóứ giaớ thióỳt laỡ xỏỳp xố bũng 0 vaỡ tọứng nhióỷt
trồớ seợ xỏỳp xố bũng R
4

, hay hóỷ sọỳ tọứn thỏỳt nhióỷt cuớa õaùy bọỹ thu:

cn
daytt
R
K


==
4
.
1
(4.21)
vồùi và
cn
laỡ hóỷ sọỳ dỏựn nhióỷt vaỡ chióửu daỡy cuớa lồùp caùch nhióỷt.
Tọứn thỏỳt nhióỷt qua vaùch bón cuớa bọỹ thu tờnh toaùn khaù phổùc taỷp.
Tuy nhión trong mọỹt hóỷ thọỳng bọỹ thu õổồỹc thióỳt kóỳ tọỳt thỗ tọứn thỏỳt nhióỷt
naỡy rỏỳt nhoớ nón coù thóứ boớ qua. Cuợng coù thóứ tờnh tọứn thỏỳt nhióỷt naỡy theo
cọng thổùc cuớa Tabor:

(
)
bthu
ben
bentt
F
KF
K =
.

(4.22)
Vồùi (KF)
ben
laỡ tờch sọỳ giổợa hóỷ sọỳ truyóửn nhióỷt qua vaùch bón cuớa
bọỹ thu K vồùi tọứng dióỷn tờch caùc vaùch bón bọỹ thu F, K = (/)
ben
, coỡn
F
bthu
laỡ dióỷn tờch bọỹ thu. Trong tờnh toaùn nóỳu (KF)
ben
rỏỳt nhoớ so vồùi F
bthu

thỗ Ktt.
ben
coù thóứ boớ qua.
Vỏỷy tọứng tọứn thỏỳt nhióỷt cuớa bọỹ thu:
K
tt
= K
tt.tr
+ K
tt.day
+ K
tt.ben
(4.23)

65

4.1.2.4. Phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ trón bóử mỷt bọỹ thu kióứu lọửng kờnh
Xeùt mọỹt bọỹ thu nng lổồỹng Mỷt trồỡi coù kóỳt cỏỳu kióứu ọỳng - tỏỳm
(hỗnh 4.4). Khi nhỏỷn bổùc xaỷ mỷt trồỡi, bóử mỷt tỏỳm seợ truyóửn nhióỷt cho
caùc ọỳng coù mọi chỏỳt chuyóứn õọỹng bón trong. Phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ trón bóử
mỷt tỏỳm seợ coù daỷng nhổ hỗnh 4.7b. Ta coù thóứ nhỏỷn xeùt laỡ nhióỷt õọỹ trón
bóử mỷt tỏỳm phỏn bọỳ khọng õọửng õóửu. Theo phổồng X, nhióỷt õọỹ bóử mỷt
tỏỳm coù trở sọỳ lồùn nhỏỳt ồớ vở trờ giổợa khoaớng caùch 2 ọỳng, coỡn trón phaỷm
vi mọựi ọỳng do hóỷ sọỳ truyóửn nhióỷt lồùn nón gỏửn nhổ nhióỷt õọỹ õọửng õóửu
(hỗnh 4.7c). Coỡn theo phổồng Y doỹc theo truỷc ọỳng, do mọi chỏỳt chuyóứn
õọỹng nhỏỷn nhióỷt nón nhióỷt õọỹ tng dỏửn (hỗnh 4.7d).
ó
ứ tờnh toaùn õổồỹc phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ trón bóử mỷt tỏỳm, ngổồỡi ta sổớ
duỷng caùc giaớ thiết sau:
1- Quaù trỗnh truyóửn nhióỷt ồớ traỷng thaùi ọứn õởnh.
2- Caùc ọỳng goùp cuớa daỡn ọỳng cung cỏỳp lổu lổồỹng nổồùc õọửng õóửu
cho caùc ọỳng.
3- Doỡng nhióỷt truyóửn qua kờnh che vaỡ qua õaùy caùch nhióỷt cuớa bọỹ
thu laỡ doỡng nhióỷt mọỹt chióửu, doỡng nhióỷt bổùc xaỷ qua kờnh khọng

Y
X
Môi chất lỏng
X
Y
T
Tấm
ống

X
ống
T T
Y
a)
b)
c)
d)

Hỗnh 4.7. Sồ õọử phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ trón mỷt tỏỳm hỏỳp thuỷ.


66

bở kờnh hỏỳp thuỷ vaỡ khọng coù õọỹ chónh nhióỷt õọỹ giổợa 2 mỷt kờnh
che,
4- Xem trổồỡng nhióỷt õọỹ cuớa bóử mỷt ọỳng laỡ 1 chióửu, tổùc laỡ nhióỷt õọỹ
chố thay õọứi theo phổồng doỹc truỷc ọỳng, coỡn gradien nhióỷt õọỹ
xung quanh tióỳt dióỷn ọỳng coù thóứ boớ qua.
5- Gradien nhióỷt õọỹ theo hổồùng doỡng mọi chỏỳt chuyóứn õọỹng vaỡ
theo phổồng giổợa caùc ọỳng coù thóứ xem xeùt õọỹc lỏỷp.
6- Boớ qua sổỷ baùm buỷi, bỏứn trón bọỹ thu.
Sổỷ phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ giổợa 2 ọỳng coù thóứ xaùc õởnh õổồỹc nóỳu ta giaớ
thióỳt rũng gradien nhióỷt õọỹ theo hổồùng doỡng chuyóứn õọỹng laỡ rỏỳt nhoớ.
Goỹi khoaớng caùch giổợ
a caùc ọỳng laỡ W, õổồỡng kờnh ọỳng laỡ D vaỡ tỏỳm hỏỳp
thuỷ coù chióửu daỡy . Vỗ vỏỷt lióỷu tỏỳm dỏựn nhióỷt tọỳt nón gradien nhióỷt õọỹ
qua tỏỳm laỡ rỏỳt nhoớ. Ta cuợng giaớ thióỳt laỡ phỏửn dióỷn tờch ọỳng tióỳp xuùc vồùi
tỏỳm (mọỳi haỡn) coù nhióỷt õọỹ õọửng õóửu T
b

.
Nhổ vỏỷy baỡi
toaùn truyóửn nhióỷt tổỡ
tỏỳm õóỳn chỏỳt loớng
trong ọỳng coù thóứ xem
nhổ baỡi toaùn truyóửn
nhióỷt qua caùch thọng
duỷng maỡ ta õaợ bióỳt, vaỡ
T
b
laỡ nhióỷt õọỹ cuớa gọỳc
caùnh, T
a
laỡ nhióỷt õọỹ
mọi trổồỡng khọng khờ
bón ngoaỡi. óứ giaới baỡi
toaùn naỡy ta bióứu dióựn
kóỳt cỏỳu ọỳng - tỏỳm bũng sồ õọử trón hỗnh 4.9a nhổ laỡ caùnh moớng tióỳt dióỷn
khọng õọứi coù chióửu daỡi (W-D)/2. Vióỳt phổồng trỗnh cỏn bũng nng
lổồỹng cho mọỹt phỏn bọỳ caùnh coù chióửu rọỹng x vaỡ chióửu daỡi 1 õồn vở
theo hổồùng chuyóứn õọỹng cuớa doỡng mọi chỏỳt (hỗnh 4.9b). Ta coù:

b
D
W-D
2
D
i
f
W

T
X
T
Hỗnh 4.8. Kờch thổồùc cuớa ọỳng vaỡ caùnh.


67


()
0. =













+
+ xxx
att
dx
dT
dx

dT
TTxKxS

(4.24)

Trong õoù S laỡ nng lổồỹng bổùc xaỷ mỷt trồỡi hỏỳp thuỷ, Chia caớ 2 vóỳ
cuớa cọng thổùc trón cho x vaỡ xeùt giồùi haỷn khi x 0 ta coù :










=
tt
a
tt
K
S
TT
K
dx
Td

2
2

(4.23)


W-D
2
X
X
S
T
b
a)
X
X
-

dT
dx
x
x+x
dx
-

dT
SXK X(T - T )
tt x
a
b)
Hỗnh 4.9. Sồ õọử cỏn bũng nng lổồỹng trón phỏửn tổớ.
Hai õióửu kióỷn bión õóứ phổồng trỗnh vi phỏn naỡy laỡ õióửu kióỷn õọỳi
xổùng qua õổồỡng truỷc giổợa 2 ọỳng vaỡ nhióỷt õọỹ gọỳc caùnh T

b
õaợ bióỳt :
0
0
=
=x
dx
dT
và
b
DWx
TT =
= 2/)Ư(
(4.24)
óứ thuỏỷn tióỷn cho vióỷc tờnh toaùn ta õỷt:


68



k
K
m
tt
=
và
tt
a
K

S
TT =

(4.25)
khi õoù phổồng trỗnh trón coù daỷng õồn giaớn hồn :

0
2
2
2
=


m
dx
d
(4.26)
vồùi õióửu kióỷn bión laỡ :

0
0
=
=x
dx
d

và
tt
ab
DWx

K
S
TT =
= 2/)(Ư

(4.27)
Nghióỷm tọứng quaùt cuớa phổồng trỗnh naỡy laỡ:

(
)
(
)
mxCmxC cosh.sinh.
21
+
=

(4.28)
Xaùc õởnh caùc hũng sọỳ tờch phỏn C1, C2 theo õióửu kióỷn bión.
Cuọỳi cuỡng ta coù :

()







=

2
cosh
cosh
DW
m
mx
K
S
TT
K
S
TT
tt
ab
tt
a
(4.29)

Nng lổồỹng nhióỷt dỏựn tổỡ tỏỳm caùnh õóỳn ọỳng trón mọỹt õồn vở
chióửu daỡi theo hổồùng doỡng chuyóứn õọỹng cuớa mọi chỏỳt õổồỹc xaùc õởnh
theo õởnh luỏỷt Fourier ồớ gọỳc caùnh :
q
cánh
=
()
[]

=
=
2
tanh.
2/)(
DW
mTTKS
K
m
dx
dT
abtt
tt
DWx


(4.30)

Nóỳu tờnh õóỳn lổồỹng nhióỷt dỏựn õóỳn ọỳng tổỡ 2 phờa õọỳi xổùng nhau
vaỡ chuù yù rũng
mK
m
tt
1
=

thì:


69

q
cánh
=
() ( )
[]
2
2
tanh
DW
m
DW
m
TTKSDW
abtt









(4.31)

Hay: q
cánh
=
(
)
(
)
[
]
abtt
TTKSfDW



(4.32)

Với :
2
2
tanh
DW
m
DW
m
f

=
(4.33)
f goỹi laỡ hióỷu suỏỳt caùnh õọỳi vồùi caùnh phúng coù tióỳt dióỷn chổợ nhỏỷt
vaỡ f coù thóứ õổồỹc xaùc õởnh theo õọử thở hỗnh 4.10. Vờ duỷ: vồùi caùnh laỡm
bũng õọửng coù hóỷ sọỳ dỏựn nhióỷt =25W/m.độ, chióửu daỡy caùnh =
0,001m vaỡ chióửu rọỹng caùnh W=0,03m; caùnh õổồỹc gừn trón ọỳng õọửng
õổồỡng kờnh D=0,01m. Vồùi trao õọứi nhióỷt õọỳi lổu tổỷ nhión
Ktt=10W/m
2
õọỹ ta tờnh õổồỹc:


2
.
2/1
DW
K
tt








=

2
01,003,0
.
001,0.25
10
2/1







= 0,2 (4.34)

Tra õọử thở hỗnh 4.10. ta coù hióỷu suỏỳt caùnh f = 0,99.

Ngoaỡi lổồỹng nhióỷt dỏựn tổỡ tỏỳm vaỡo ọỳng coỡn phaới tờnh õóỳn lổồỹng
nhióỷt truyóửn qua chờnh bóử mỷt vuỡng ọỳng coù nhióỷt õọỹ khọng õọứi T
b
:
q
ống
=
(
)
[
]
abtt
TTKSD

(4.35)
vaỡ nhổ vỏỷy lổồỹng nhióỷt hổợu ờch tọứng cọỹng seợ laỡ :

(
)
[
]
(
)
[
]
abtthi
TTKSDfDWq


+

=
. (4.36)
ổồng nhión laỡ lổồỹng nhióỷt naỡy õổồỹc truyóửn cho mọi chỏỳt chuyóứn
õọỹng trong ọỳng, theo phổồng trỗnh truyóửn nhióỷt ta coù:

bfi
fb
n
CD
TT
q

11
+

=

(4.37)


70

Vồùi D
i
laỡ õổồỡng kờnh trong cuớa ọỳng,
f
laỡ hóỷ sọỳ truyóửn nhióỷt giổợa
chỏỳt loớng vaỡ vaùch ọỳng, C
b
laỡ nhióỷt dỏựn cuớa mọỳi haỡn : C
b
=
b
. b/ và
b

laỡ hóỷ sọỳ dỏựn nhióỷt cuớa mọỳi haỡn, laỡ chióửu daỡy trung bỗnh cuớa mọỳi haỡn,
b laỡ chióửu rọỹng cuớa mọỳi haỡn. Nhổ vỏỷy nóỳu õaợ bióỳt T
f
, D
i
,

fi
vaỡ C
b
ta
xaùc õởnh õổồỹc T
b
vaỡ ta coù :

0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0
0.5
1.0
1.5
Hiệu suất cánh f
K
tt
1/2
W-D
2
W
D

tt
K
Hỗnh 4.10. Hióỷu suỏỳt caùnh cuớa bọỹ thu daỷng ọỳng - tỏỳm.

(
)
[
]
aftthi
TTKSWfq =
'
(4.38)
trong õoù f õổồỹc goỹi laỡ hóỷ sọỳ hióỷu quaớ cuớa bọỹ thu vaỡ coù bióứu thổùc laỡ:

()
[]








++
+
=
fibtt
tt
DCfDWDK
W
K
f

111
1
'
(4.39)



71

Vãư nghéa váût l, f ’ chênh l t säú ca lỉåüng nhiãût hỉỵu êch thỉûc
våïi lỉåüng nhiãût hỉỵu êch trong trỉåìng håüp bãư màût háúp thủ ca bäü thu cọ
nhiãût âäü bàòng cháút lng T
f
. Nãúu coi máùu säú ca biãøu thỉïc trãn l nhiãût
tråí truưn nhiãût tỉì cháút lng âãún khäng khê mäi trỉåìng xung quanh, k
hiãûu 1/K
o
v tỉí säú l nhiãût tråí truưn nhiãût tỉì bãư màût táúm bäü thu âãún
khäng khê mäi trỉåìng xung quanh thç f ′= K
o
/K
tt
.

4.1.2.5. Phán bäú nhiãût âäü cháút lng trong bäü thu NLMT
ϕ(τ)
τn
ω
E(τ)

to
t
GCp
to
to
α
α
D2, δk2, λk2
D
1, δk1, λk1
δ,ρ,m,Cp
δcn, λcn
δkk, λkk
δo, ρo, Co
α
.
1
3
2
ε1
F1=ab
Hçnh 4.11. Cáúu tảo bäü thu kiãøu häüp táúm phàóng.
Trong thỉûc tãú chụng ta cáưn xạc âënh hm phán bäú nhiãût âäü ca
mäi cháút lng trong bäü thu NLMT trong chu k mäüt ngy âãø cọ thãø
âạnh giạ kh nàng lm viãûc ca bäü thu v tỉì âọ xạc âënh âỉåüc cạc
thäng säú âàûc trỉng ca bäü thu.
Kho sạt bäü thu NLMT dảng häüp phàóng mng (hçnh 4.11) våïi
häüp thu kêch thỉåïc axbxδ, khäúi lỉåüng m
o
, nhiãût dung riãng C

o
âỉåüc
lm bàòng thẹp dy δ
1
, bãn trong gäưm cháút lng ténh cọ khäúi lỉåüng m,
v lỉu lỉåüng G[kg/s] chy liãn tủc qua häüp. Xung quanh häüp thu bc 1


72

låïp cạch nhiãût, hãû säú to nhiãût ca bäü thu ra khäng khê l α. Phêa trãn
màût thu F
1
= ab cọ âäü âen ε l 2 låïp khäng khê v 2 táúm kênh cọ âäü
trong D
1
v D
2
. Chiãưu dy v hãû säú dáùn nhiãût ca cạc låïp ny láưn lỉåüt
l δ
c
, δ
kk1
, δ
k1
, δ
kk2
, δ
k2
vµ λ

c
, λ
kk1
, λ
k1
. λ
kk2,
λ
k2
Cỉåìng âäü bỉïc xả màût tråìi tåïi màût kênh tải thåìi âiãøm τ cọ dảng
E(τ) = E
n
sinϕ(τ ), víi ϕ(τ ) = ωτ lµ gãc nghiªng cđa tia n¾ng tíi mỈt
kÝnh, ω = 2π /τ
n
vµ τ
n
= 24 x 3600s l täúc âäü gọc v chu k tỉû quay
ca trại âáút, E
n
l cỉåìng âäü bỉïc xả cỉûc âải trong ngy,
E
n
= S
max
, W/m
2

Våïi S
max

l cỉåìng âäü bỉïc xả màût tråìi täøng cỉûc âải trong ngy âỉåüc tênh
theo cäng thỉïc trãn hồûc láúy theo säú liãûu thäúng kã âo âỉåüc. Trong mäüt
säú trỉåìng håüp ta cáưn tênh toạn våïi giạ trë trung bçnh nàm thç E
n
âỉåüc
láúy bàòng trë trung bçnh trong nàm tải vé âäü âang xẹt.


365
365
1
max
∑
=
=
i
i
n
S
E
, W/m
2
(4.40)

Våïi S
i
max
l täøng cỉåìng âäü bỉïc xả màût tråìi cỉûc âải tải ngy thỉï i trong
Lục màût tråìi mc τ = 0, nhiãût âäü ban âáưu ca bäü thu v cháút lng
bàòng nhiãût âäü t

0
ca khäng khê ngoi tråìi, ta gi thiãút ràòng bäü thu âỉåüc
âàût cäú âënh trong mäùi ngy, sao cho màût thu F
1
vng gọc våïi màût
phàóng qu âảo trại âáút v tải mäùi thåìi âiãøm τ, coi nhiãût âäü cháút lng v
häüp thu âäưng nháút, bàòng t(τ). Váún âãư l ta cáưn tçm hm phán bäú nhiãût
âäü cháút lng trong bäü thu theo thåìi gian τ v táút c cạc thäng säú â
cho:
t = t (τ, abδδ
t
, m
o
.Co, m.C
p
, ε D F
1
, G, δ
c
, δ
kk
, δ
k
, λ
c
, λ
kk
, λ
k
, α, t

o
,
ω, E
n
). (4.41)







73

Lỏỷp phổồng trỗnh vi phỏn cỏn bũng nhióỷt cho bọỹ thu
Xeùt cỏn bũng nhióỷt cho hóỷ gọửm chỏỳt loớng vaỡ họỹp kim loaỷi, trong
khoaớng thời gian d kể từ thời điểm . Mỷt F
1
hỏỳp thuỷ tổỡ mỷt trồỡi mọỹt
lổồỹng nhióỷt bũng :
Q
1
=
1
DE
n
sin. F
1
.sin.d, [J] (4.42)

Lợng nhiệt Q
1
õổồỹc phỏn ra caùc thaỡnh phỏửn sau:
- Nhióỷt lổồỹng laỡm tng nọỹi nng voớ họỹp: dU = m
o
.C
o
dt
- Nhióỷt lổồỹng laỡm tng entanpy lổồỹng nổồùc tộnh: dI
m
= m.Cpdt
- Nhióỷt lổồỹng laỡm tng entanpy doỡng nổồùc: dI
G
= Gd C
p
(t - t
o
)
- Nhióỷt lổồỹng tọứn thỏỳt ra mọi trổồỡng khọng khờ bón ngoaỡi trồỡi
qua mỷt bọỹ thu F
1
= ab vồùi hóỷ sọỳ tọứn thỏỳt nhióỷt k
1
, qua caùc mỷt bón F
2
=
2 (a+b) vồùi hóỷ sọỳ tọứn thỏỳt nhióỷt k
2
vaỡ qua õaùy F
3

= ab vồùi hóỷ sọỳ tọứn
thỏỳt nhióỷt k
3
. Caùc hóỷ sọỳ tọứn thỏỳt nhióỷt k
1
, k
2
, k
3
õổồỹc xaùc õởnh theo
muỷc trón.
Vỏỷy ta coù tọứng lổồỹng nhióỷt tọứn thỏỳt bũng:
Q
2
= (k
1
F
1
+ k
2
F
2
+ k
3
F
3
) (t - t
o
) d (4.43)
Do õoù, phổồng trỗnh cỏn bũng nhióỷt:

Q
1
= dU + dI
m
+ dI
G
+ Q
2
(4.44)
hay:

1
DE
t
F
t
sin
2
() d = dt m
i
C
i
+ (GC
p
+ k
i
F
i
) (t - t
o

) d. (4.45)
Ta duỡng pheùp bióỳn õọứi: T() = t() - t
o

vaỡ õỷt:

a =
C
P
Cm
FDE
ii
n
=

1

, [K/s] ; b =
C
W
Cm
FkGC
ii
iip
=
+


, [s
-1

] (4.46)

thỗ phổồng trỗnh cỏn bũng nhióỷt cho bọỹ thu laỡ:

T() + bT() = a sin
2
()
Vồùi õióửu kióỷn õỏửu T(0) = 0
(4.47)


74

Xaùc õởnh haỡm phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ
óứ tỗm haỡm phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ cuớa mọi chỏỳt trong bọỹ thu thỗ ta
phaới giaới hóỷ phổồng trỗnh cỏn bũng nhióỷt trón. Haỡm phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ
mọi chỏỳt trong bọỹ thu seợ õổồỹc tỗm dổồùi daỷng: T() = A() e
-b

.
Vỏỷy ta coù:
A () = a e
b


sin
2
.d =
2
a

e
b


(1- cos2)d =
b
a
2
( e
b


- I ) (4.48)
vồùi: I = cos2 .de
b

=
I
b
b
b
e
b
2
2
)2cos2sin2(

+



(4.49)
tổùc laỡ: I =
22
4 b
be
b
+


[2sin2 + bcos 2] + C
1
(4.50)
Hũng sọỳ C
1
õổồỹc xaùc õởnh theo õióửu kióỷn õỏửu T(0) = 0 hay A(0) = 0,
tổùc laỡ: C
1
=
2
)2/(1
1

b+

Do õoù, haỡm phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ chỏỳt loớng trong bọỹ thu coù daỷng:

T() =
b
a
2
[1-
22
4 b
b
+

(2sin2 + bcos2) -
2
)2/(1


b
e
b
+

] (4.51)


Nóỳu duỡng pheùp bióỳn õọứi: (Asinx + Bcosx) =
22
BA +
sin (x + artg
A

B
)
thỗ phổồng trỗnh trón coù daỷng:

T() =
b
a
2
[1-
22
4

+b
b
sin(2 + artg

2
b
) -
2
)2/(1


b
e
b
+

] (4.52)

Sọỳ haỷng cuọỳi cuớa tọứng coù giaù trở nhoớ hồn 1 vaỡ giaớm rỏỳt nhanh,
nón khi >1h coù thóứ boớ qua.





75

Láûp cäng thỉïc tênh toạn cho bäü thu
Tỉì hm phán bäú nhiãût âäü cháút lng trong bäü thu trãn ta láûp âỉåüc
cạc cäng thỉïc theo bng sau:
Bng 4.1 Cạc thäng säú âàûc trỉng ca bäü thu
Thäng säú âàûc trỉng Cäng thỉïc tênh
Âäü gia nhiãût cỉûc âải
T
m
=
)
4
1(
2
22
ω
+
+
b
a
b
a

[
o
C]
Nhiãût âäü cỉûc âải
t
m
= t
o
+
22
4
1(
2
ω
+
+
b
b
b
a
) [
o
C]
Thåìi âiãøm âảt nhiãût âäü T
m
τ
m
=τ
n
⎟

⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
ωπ
24
1
8
3 b
artg
[s]
Âäü gia nhiãût trung bçnh
T
n
=
b
a
2
[
o
C]
Cäng sút hỉỵu êch trung
bçnh
P
n
=
b
a

2
GC
p
[W]
Sn lỉåüng nhiãût 1 ngy
Q

=
b
a
n
4
τ
GC
p
[J]
Sn lỉåüng nỉåïc nọng
M =
G
n
2
τ
, t
n
= t
o
+ T
n
[kg]
Hiãûu sút nhiãût bäü thu

η=
1
4bEnF
aGC
p
π


4.1.3 Tênh tọan cạc loải gỉång phn xả.
Âãø táûp trung nàng lỉåüng bỉïc xả chiãúu âãún màût bäü thu, nhàòm náng
cao nhiãût âäü ca váût háúp thủ thç trong thiãút bë nhiãût màût tråìi ngỉåìi ta
thỉåìng dng thãm cạc gỉång phn xả.
Gỉång phn xả l cạc bãư màût nhàơn bọng, cọ hãû säú háúp thủ A bẹ,
v hãû säú phn xả R = (1-A) låïn. Gỉång phn xả cọ thãø cọ dảng phàóng,
cän, nọn, parabol trủ hồûc parabol trn xoay. Gỉång phn xả thỉåìng


76

õổồỹc chóỳ taỷo bũngkim loaỷi coù õọỹ boùng mỷt cao nhổ inox, nhọm, tọn
õaùnh boùng, hoỷc kờnh hay plastic coù traùng baỷc.
ỷc trổng cuớa mọỹt gổồng phaớn xaỷ bao gọửm:
- Caùc thọng sọỳ hỗnh hoỹc vaỡ kóỳt cỏỳu.
- ọỹ phaớn xaỷ R, õióửu kióỷn õóớ mỷt thu coù thóứ hổùng toaỡn bọỹ phaớn xaỷ
tổỡ gổồng.
- ọỹ tỏỷp trung nng lổồỹng bổùc xaỷ (kờ hióỷu laỡ k).
ọỹ tỏỷp trung nng lổồỹng bổùc xaỷ k :
ọỹ tỏỷp trung nng lổồỹng bổùc xaỷ k cuớa mọỹt hóỷ gổồng phaớn xaỷ vaỡ
mỷt thu, laỡ tố sọỳ cuớa cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ tồùi mỷt thu vaỡ cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ
tồùi mỷt hổùng nừng: k =

E
E
t

Cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ tồùi mỷt
hổùng nừng E thổồỡng laỡ cổồỡng
õọỹ bổùc xaỷ tồùi mỷt õỏỳt nồi õỷt
thióỳt bở, tổùc laỡ cổồỡng õọỹ bổùc
xaỷ luùc trồỡi nừng bỗnh thổồỡng,
chổa coù gổồng phaớn xaỷ.
-Lỏỷp cọng thổùc tờnh k: cho
mọỹt hóỷ gọửm mỷt thu F
t
õỷt
vuọng goùc vồùi tia nừng, xung
quanh coù gổồng phaớn xaỷ vồùi
hóỷ sọỳ phaớn xaỷ R, vaỡ mỷt
hổùng nừng dióỷn tờch F
h
, mỷt F
h
thổồỡng cuợng vuọng goùc vồùi tia nừng
(hỗnh 4.12). Giaớ thióỳt caùc gổồng õỷt sao cho toaỡn bọỹ caùc tia phaớn xaỷ tổỡ
gổồng õổồỹc chióỳu hóỳt lón mỷt thu F
t
. Khi õoù, cọng suỏỳt bổùc xaỷ chióỳu
õóỳn F
t
laỡ:
R

Fh
Ft
E
R
Hỗnh 4.12 Hóỷ gổồng vaỡ mỷt thu
Q
t
= E. F
t
+ E.( F
h
- F
t
).R = E.(1 - R). F
t
+ E.R.F
h
(4.53)
Cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ õóỳn F
t
laỡ:
E
t
= Q
t
/F
t
= E.(1 - R) + E.R. F
h
/ F

t
(4.54)


77

Do õoù,
k = E
t
/E = 1 - R + R. F
h
/ F
t
= 1 + R.( F
h
/ F
t
- 1). (4.55)
Nóỳu coi R = 1 thỗ k = F
h
/F
t
.

4.1.3.1. Gổồng phúng

Xeùt gổồng phúng BC coù hóỷ sọỳ phaớn xaỷ R, õỷt nghióng goùc so
vồùi mỷt thu AB. Dổỷa vaỡo õởnh luỏỷt phaớn xaỷ aùnh saùng i
1
= i

2
, coù thóứ tỗm
õổồỹc õióửu kióỷn õóứ toaỡn bọỹ phaớn xaỷ tổỡ gổồng BC chióỳu hóỳt lón mỷt AB
õỷt vuọng goùc vồùi tia nừng laỡ:
= arcsin
a
ba
2
+
(4.56)
Hỗnh 4.13. Gổồng phún
g

C
i
1
i
2
f

A
aB
b
R
Vỗ sin < 1 nón phaới coù b < a
vaỡ
4

< <
2

.
Khi õoù chióửu rọỹng gổồng bũng:
f =
ba
a
b
b

=
2
cos

(4.57)
Vaỡ õọỹ tỏỷp trung nng lổồỹng
k = 1 + R.(b/a). Do õoù, nóỳu
duỡng mọỹt gổồng phúng thỗ
1 < k < 2
nóỳu duỡng bọỳn gổồng phúng cuỡng phaớn xaỷ lón mọỹt mỷt thu hỗnh vuọng
thỗ coù 1 < k < 5.
Gổồng phúng õổồỹc sổớ duỷng nhióửu cho muỷc õờch tỏỷp trung aùnh
saùng mỷt trồỡi cho muỷc õờch cỏỳp nhióỷt vồùi nhióỷt õọỹ cao nhổ trong nhaỡ
maùy nhióỷt õióỷn mỷt trồỡi, vỗ gổồng phúng cỏỳu taoỹ õồn giaớn reớ tióửn, õóự
chóỳ taỷo. Tuy nhión õọỹ tỏỷp trung cuớa gổồng phúng khọng cao nón cỏửn
phaới sổớ duỷng vồùi sọỳ lổồỹng lồùn vaỡ dióỷn tờch lừp õỷt rọỹng.


78

Hỗnh 4.14 giồùi thióỷu toaỡn caớnh nhaỡ maùy õióỷn mỷt trồỡi, trong õoù

duỡng hóỷ thọỳng gổồng phúng, õổồỹc õióửu khióứn bũng maùy tờnh, tỏỷp trung
nng lổồỹng vaỡo mọỹt loỡ hồi õỷt trón cao, trong 1 lọửng kờnh, õóứ cỏỳp hồi
cho 1 turbine phaùt õióỷn.


Hỗnh 4.14. Nhaỡ maùy nhióỷt õióỷn mỷt trồỡi duỡng hóỷ gổồng phaớn xaỷ.

4.1.3.2. Gổồng noùn cuỷt
Gổồng noùn cuỷt thổồỡng duỡng õóứ phaớn xaỷ lón mỷt thu phúng õỷt taỷi
õaùy noùn, luọn õổồỹc quay õóứ vuọng goùc vồùi tia nừng.
ióửu kióỷn õóứ 100% phaớn xaỷ tổỡ gổồng õóỳn mỷt thu laỡ:


79

= arcsin
t
th
R
RR
4
+
(4.58)
RR

R
t
R
h
Hỗnh 4.15. Gổồng noùn cuỷ

t

Khi õoù R
h
< 3R
t
vaỡ õọỹ tỏỷp trung
bũng: k = 1+ R









1
t
h
F
F

=> k
()
[
]
12211
2
+=

CosR
(4.59)
Vỗ
4

<

<
2

nón khi duỡng gổồng
noùn cuỷt thỗ 1< k < 9. ổồỡng sinh
cuớa noùn cuỷt tờnh theo:

f =
()
ht
h
th
th
RR
R
RR
RR

=

3
2

cos


(4.60)
vồùi R
h
< 3R
t
.
Gổồng noùn cuỷt cuợng chóỳ taỷo tổồng õọỳi õồn giaớn tổỡ caùc tỏỳm kim loaỷi
coù õọỹ boùùng cao, loaỷi naỡy õổồỹc sổớ duỷng trong caùc thióỳt bở nhoớ nhổ bóỳp
nỏỳu duỡng nng lổồỹng mỷt trồỡi.



Hỗnh 4.16 Bóỳp nỏỳu ding gổồng noùn cuỷt










80

4.1.3.3. Gỉång nọn
Gỉång nọn âỉåüc dng âãø phn xả lãn màût thu hçnh äúng trủ âàût tải

trủc nọn. Ty theo gọc âènh nọn nh hån, bàòng hồûc låïn hån 45
0
, chiãưu
cao H ca äúng thu bỉïc xả hçnh trủ cọ thãø nh hån, bàòng hồûc låïn hån
chiãưu cao h ca nọn, nhỉ mä t trãn hçnh 4.16.











r
h
H
R
γ
0 < γ <
π
/4
r
H=h
R
γ
γ
=

π
/4
H
r
h
R
π
/4 <
γ
< π/2

Hçnh 4.17. Gỉång nọn våïi màût thu hçnh äúng trủ

Chiãưu cao H thêch håüp ca äúng háúp thu, cho phẹp nháûn ton bäü phn
xả tỉì gỉång nọn cọ chiãưu cao h, gọc âènh γ l:
H =
(
)
γ
2
1
2
tg
h
+
våïi tgγ =
h
r

Nãúu chn gỉång nọn cao h, bạn kênh r, thç chiãưu cao màût thu hçnh

trủ l:
(
)
22
2
1
rh
h
H +=
(4.61)
Khi r < h tỉïc l γ < 45
0
thç H < h
Khi r = h tỉïc l γ = 45
0
thç H = h
Khi r > h tỉïc l γ > 45
0
thç H > h



81

ọỹ tỏỷp trung nng lổồỹng cuớa gổồng noùn laỡ:
k = 1+ R

+=








+=









1
2
1111
2
22

Cos

dh
r
R
dH
r
R
F
F
t
h
(4.62)

()







+
+=
1
2
1
22
2
hrd
hr
Rk

(4.63)
Nóỳu goỹi t = tg
h
r
=

thỗ















+
+= 1
1
2
1
2
t
t

d
r
Rk
(4.64)
Suy ra k
max
= k (t = 1) =






+= 11
d
r
Rk
, õaỷt õổồỹc khi choỹn r = h hay
= 45
0
, khi R = 1 thỗ k
max
=
d
r
. Khi tng r vaỡ giaớm d, õọỹ tỏỷp trung k
seợ khaù lồùn.
Gổồng noùn coù õọỹ tỏỷỷp trung nng lổồỹng bổùc xaỷ tổồng õọỳi cao trón
mọỹt ọỳng truỷ, tuy nhión õóứ sổớ duỷng loaỷi gổồng phaớn xaỷ naỡy thỗ cỏửn phaới
hổồùng mỷt hổùng nừng chờnh xaùc vuọng goùc hổồùng vồùi tia bổùc xaỷ.

4.1.3.4. Gổồng Parabọn troỡn xoay



R
f
F
db
D
r
p

Hỗnh 4.18. Aớnh cuớa mỷt trồỡi qua gổồng parabol


82