ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG THỰC NGHIỆM ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG TRONG CUNG CẤP NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 ỐNG NHIỆT
- Ống nhiệt là một thiết bị trao đổi nhiệt có cấu tạo và nguyên lí hoạt động đơn giản, khả
năng truyền tải nhiệt cao do quá trình truyền nhiệt được thực hiện bằng sự thay đổi pha của môi
chất.
- Cấu tạo và hình dạng của ống nhiệt thường có dạng ống kín hình trụ, bên trong chứa
một lượng môi chất làm nhiệm vụ truyền tải nhiệt. Các bộ phận của ống nhiệt có thể chia làm ba
phần chính : phần sôi, phần đoạn nhiệt và phần ngưng tụ.
- Các quá trình xảy ra bên trong ống nhiệt khi ống nhiệt hoạt động có thể được biểu diễn
trên đồ thị T-s như sau:

Hình 1.1: Các quá trình xảy ra bên trong ống nhiệt.
+ AB: Phần bay hơi của ống nhiệt nhận nhiệt từ nguồn nóng, làm môi chất bên
trong ống nhiệt sôi và bay hơi.
+ BC: Hơi môi chất chuyển động từ phần sôi qua phần đoạn nhiệt để đến phần
ngưng. Do ma sát nên có sụt giảm áp suất nhưng không đáng kể.
+ CD: Hơi ngưng tụ ở phần ngưng của ống nhiệt và nhả nhiệt cho nguồn lạnh.

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

1


GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

+ DA: Môi chất sau khi ngưng tụ trở về phần bay hơi để tiếp tục thực hiện chu
trình bay hơi-ngưng tụ. Tùy vào cách thức đưa lỏng từ phần ngưng tụ về phần bay hơi của ống
nhiệt mà ta có thể phân loại ống nhiệt thành các kiểu sau:
a) Ống nhiệt trọng trường (Gravity heat pipe)

Hình 1.2: Ống nhiệt trọng trường
- Ống nhiệt có dạng hình trụ kín có chứa một lượng môi chất bên trong.
Bề mặt trong ống nhiệt có thể nhẵn hoặc được xẻ rãnh để tăng cường hiệu quả truyền nhiệt. Do
phần ngưng của ống nhiệt đặt cao hơn phần sôi nên môi chất sau khi ngưng tụ sẽ được hồi về
phần sôi dưới tác dụng của lực trọng trường.
b) Ống nhiệt mao dẫn (Capillary heat pipe)

Hình 1.3: Ống nhiệt mao dẫn

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

2


GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

- Ống nhiệt loại này thường được sử dụng trong môi trường không trọng
lực hoặc trong những trường hợp phần sôi đặt cao hơn phần ngưng. Ống nhiệt mao dẫn có cấu
tạo và hình dạng giống như ống nhiệt trọng trường. Tuy nhiên bên trong ống có chèn thêm lớp
bấc kim loại (metal wick) hoặc có rãnh cực nhỏ (channel) nhằm tạo lực mao dẫn để hồi lỏng từ
phần ngưng về phần bay hơi.
c) Ống nhiệt li tâm (Rotating heat pipe)

Hình 1.4: Ống nhiệt li tâm
- Ống nhiệt li tâm thường được ứng dụng để giải nhiệt cho các chi tiết có
chuyển động quay như: roto máy phát điện, các ổ lăn ổ đỡ làm việc với tải lớn. Với ống nhiệt
loại này thì lực li tâm là tác nhân chính để thực hiện quá trình hồi lỏng về phần sôi.
d) Ống nhiệt sử dụng môi chất từ tính (Magnetic fluid heat pipe)
- Ống nhiệt được sử dụng trong môi trường có từ tính. Môi chất làm việc
bên trong là loại “magnetic fluid” (loại chất lỏng có chứa kim loại tồn tại dưới dạng phân tử).
Dưới tác dụng của từ trường, các hạt kim loại sẽ chuyển động và thực hiện quá trình hồi lỏng về
phần sôi.
- Ngoài cách phân loại trên còn có các cách phân loại ống nhiệt theo: hình dạng, phạm vi
nhiệt độ sử dụng, môi chất nạp trong ống,mục đích sử dụng.
- Trong giai đoạn đầu ống nhiệt (ống nhiệt mao dẫn) chỉ được nghiên cứu phục vụ cho
các chương trình nghiên cứu không gian. Tuy nhiên với các ưu điểm: đơn giản, hiệu quả làm

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

3


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

việc cao nên ống nhiệt (ống nhiệt trọng trường) ngảy càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực khác nhau như: kĩ thuật điều hòa không khí, khai thác và sử dụng NLMT, thu hồi nhiệt
thải, giải nhiệt cho các linh kiện điện tử…Đặc biệt, các hệ thống nước nóng NLMT sử dụng ống
nhiệt đã được phổ biến rộng rãi trên thị trường.
1.2 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1.2.1 Hiện trạng sử dụng NLMT trên thế giới:
- Trong thời gian qua, sự sử dụng thái hóa nguồn năng lượng hóa thạch của con người đã

khiến các dạng năng lượng này trở nên cạn kiệt và tạo ra nhiều tác động xấu đến môi trường
sống. Bài toán con người đang đối mặt là phải đáp ứng được nhu cầu sử dụng năng lượng ngày
càng gia tăng nhưng phải kiểm soát được vấn đề ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu. Khai thác
và sử dụng năng lượng tái tạo thay thế cho các nguồn năng lượng truyền thống đang được xác
định là một trong những phương pháp quan trọng để giải quyết bài toán trên. Các nguồn năng
lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời đang dần dần cho thấy rõ tiềm năng được
sử dụng phổ biến trong tương lai.
- NLMT đã được con người sử dụng từ rất lâu trong đời sống hàng ngày dưới các hình
thức như: phơi nông sản, chiếu sáng…Hiện tại, NLMT còn được khai thác để phục vụ nhiều lĩnh
vực khác: cấp nước nóng, cấp nhiệt cho các quá trình chưng cất nước, làm lạnh, sinh công cơ học
và phát điện. Sau đây sẽ trình bày một số ứng dụng phổ biến của NLMT hiện nay.
a) Khai thác NLMT để sinh công cơ học: các hệ thống loại này thường sử dụng
các collector dạng tập trung (Concentrating solar collector) như đĩa parabol, parabol dạng máng,
gương phản xạ để tạo ra các nguồn nhiệt có nhiệt độ cao. Nguồn nhiệt này có thể được sử dụng
để sinh hơi làm quay tuabin trong các nhà máy nhiệt điện hoặc các loại động cơ khác.

Hình 1.5: Nguyên lý làm việc nhà máy điện mặt trời sử dụng parabol dạng máng.

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

4


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

b) Pin mặt trời (Solar Photovaltaics): nhờ sử dụng các tế bào quang điện để
biến bức xạ mặt trời thành điện năng. Ưu điểm loại này là nhỏ, gọn, đơn giản hơn hệ thống sinh
công cơ học nhưng giá thành mắc vì cần các bộ phận chuyển đổi và hệ thống ắc quy tích trữ điện

năng (đối với các hệ thống không nối lưới).

Hình 1.6: Nguyên lý làm việc của pin mặt trời.
c) NLMT làm nóng nước: Đây là ứng dụng đơn giản nhất của NLMT mà con
người dễ thực hiện. Bằng cách sử dụng các thiết bị thu nhiệt (Collector) , trực tiếp hoặc gián tiếp
làm nóng nước. Nước sau khi được làm nóng được dự trữ trong bình chứa sau đó đem đi tiêu
thụ. Nhiệt độ nước nóng cao hay thấp tùy thuộc vào diện tích collector, phương thức trao đổi
nhiệt và điều kiện địa lý khí hậu tại nơi sử dụng. Hệ thống này đáp ứng các nhu cầu nước nóng
trong hộ gia đình hay tại khách sạn và các khu nghỉ dưỡng (các hệ thống có công suất lớn).

Hình 1.7: Nguyên lý hoạt động của hệ thống đun nước nóng bằng NLMT

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

5


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

1.2.2 Hiện trạng sử dụng NLMT tại Việt Nam:
- Theo báo cáo của Bộ Công Thương, hiện nay Việt Nam có 7 dạng NLTT có khả năng
khai thác và sử dụng:
Bảng 1.1 : Hiện trạng NLTT và tiềm năng khai thác tại Việt Nam

Loại NL

Tiềm năng

Khai thác hiện nay

Gió

1800MW

1,25 MW

Mặt trời (phát điện) 4-5kWh/(m2.ngày)

1,2 MW

Thủy điện nhỏ

4000MW

300MW

Rác thải

350MW

2,4MW

Khí sinh học

150MW

2MW

Địa nhiệt

340MW

0MW

Sinh khối

800MW

150MW

- Theo bảng trên thì năng lượng gió và năng lượng mặt trời là hai nguồn năng lượng có
tiềm năng lớn nhất. Tại miền Bắc, mỗi năm có 1800 đến 2100 giờ nắng (bức xạ MT trung bình
khoảng 3,93kWh/m2.ngày ); Miền Nam: tiềm năng NLMT tốt hơn với số giờ nắng trong năm đạt
được từ 2000 đến 2600 giờ (bức xạ MT trung bình khoảng 5,2kWh/m2.ngày ).
- Tuy có tiềm năng nhưng việc khai thác các nguồn NLTT nói trên còn chưa hiệu quả.
Nguyên nhân là do thiếu đội ngũ chuyên gia và nhân viên có kỹ thuật, không chủ động trong sản
xuất do phải nhập thiết bị từ nước ngoài, thiếu chính sách hỗ trợ từ phía nhà nước.Cho nên chủ
yếu ở nước ta, NLMT được sử dụng để cấp nước nóng và phát điện qui mô nhỏ. Hệ thống điện
mặt trời phần lớn được lắp đặt tại các hộ gia đình: có công suất nhỏ, không được nối lưới và
phục vụ chiếu sáng trực tiếp. Ngược lại, thị trường nước nóng mặt trời lại sôi động hơn với nhiều
tín hiệu tích cực nhất là tại TP Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam. Số lượng công trình nhà ở lắp
đặt máy nước nóng mặt trời tăng đáng kể từ sau năm 1998 vì nhiều ưu điểm của nó: an toàn, tiết
kiệm, giá thành phù hợp, tính cạnh tranh cao so với các hệ thống làm nóng nước truyền thống (sử
dụng lò hơi hoặc điện trở để gia nhiệt). Tuy nhiên, các loại collector vẫn chưa được sản xuất
trong nước mà chủ yếu là nhập khẩu từ Trung Quốc. Các hệ thống loại này chỉ mới đáp ứng nhu
cầu sử dụng trong gia đình, chưa đáp ứng được cho các công trình tiêu thụ một lượng nước có

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

6


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

công suất lớn như các nhà hàng khách sạn. Do đó, các nghiên cứu về ứng dụng của NLMT để
cấp nước nóng tại Việt Nam cũng cần tiếp tục được triển khai.
1.3 HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG MẶT TRỜI
1.3.1 Hệ thống tuần hoàn tự nhiên

Hình 1.8: Hệ thống nước nóng mặt trời tuần hoàn tự nhiên.
- Các hệ thống được sử dụng chủ yếu cho đun nước nóng gia dụng (qui mô nhỏ).
- Hoạt động nhờ sự chênh lệch tỉ trọng của vật chất truyền nhiệt, từ đó gây nên sự đối lưu
tự nhiên giữa chúng. Yêu cầu của hệ thống là cần bình chứa cần đặt cao hơn collector.
- Ưu điểm: kết cấu đơn giản, không cần động lực bổ sung.
- Khuyết điểm: do đun nước nóng ở chế độ chuyển động đối lưu tự nhiên rất chậm nên có
hiện tượng kết tủa cáu nước rất mạnh,cần van xả ngược rửa collector; khó lắp đặt vì phải lắp trên
mái nhà nhằm đảm bảo yêu cầu bình chứa đặt cao hơn collector; có sự phân tầng giữa hai lớp
nước nóng-lạnh trong bình chứa nên nước nóng khó đạt đến nhiệt độ yêu cầu.
1.3.2 Hệ thống tuần hoàn cưỡng bức

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

7


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

Hình 1.9: Hệ thống nước nóng mặt trời tuần hoàn cưỡng bức.
- Hệ thống thường được sử dụng trong các công trình cần công suất lớn, thời gian đáp
ứng nhanh.
- Là hệ thống có sự tham gia của động lực bên ngoài (bơm) để tuần hoàn vật chất chảy
qua bộ trao đổi nhiệt. Tín hiệu được sử dụng để điều khiển hoạt động của bơm có thể là chênh
lệch nhiệt độ nước vào và ra khỏi collector, nhiệt độ nước ra khỏi collector, hoặc sử dụng các tế
bào quang điện được lắp đặt bên cạnh các collector.
- Ưu điểm: có sự hòa trộn giữa nước nóng và lạnh; vận tốc cao nên hệ số trao đổi nhiệt
lớn; hiệu suất cao; nhiệt độ trung bình tăng nhanh hơn đối lưu tự nhiên.
- Khuyết điểm: giá thành đầu tư và chi phí vận hành cao.
- Các hệ thống này có thể kết hợp với thiết bị cung cấp nhiệt khác như lò hơi, điện trở,
bơm nhiệt…
1.4 PHÂN LOẠI COLLECTOR MẶT TRỜI
- Collect mặt trời là thiết bị thu nhiệt và tích trữ nhiệt từ bức xạ mặt trời rồi truyền cho
chất lỏng công tác ( nước hoặc glycol). Từ đây nhiệt lượng được đem đi sử dụng theo các nhu
cầu khác nhau như: đun nước nóng, sưởi ấm, phát điện. Collector mặt trời hoạt động dựa trên
hiệu ứng quang nhiệt.
- Nhìn chung collector có ba dạng cơ bản là dạng tấm phẳng, dạng ống thủy tinh chân
không và dạng ống thủy tinh chân không kết hợp ống nhiệt.
1.4.1 Collector tấm phẳng (Flat Plate Solar Collector)

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

8


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

Hình 1.10: Cấu tạo collector tấm phẳng

a) Cấu tạo
+ Bộ hấp thụ:
- Bề mặt hấp thụ : hấp thụ nhanh chóng lượng nhiệt từ bức xạ mặt trời rồi
truyền cho chất lỏng công tác đi bên trong ống. Trên bề mặt hấp thụ thường được phủ lớp hấp
thụ chọn lọc có hệ số hấp thụ với bước sóng ngắn lớn và hệ số bức xạ ngược nhỏ .
- Rãnh chất làm việc: dẫn môi chất đi trong collector để nhận nhiệt từ bề
mặt hấp thụ. Thường có dạng hình ống trụ và được đặt dưới hay trên bề mặt hấp thụ.
+ Kính phủ:
-Tác dụng của kính phủ : Lúc đầu kính phủ làm nhiệm vụ cho bức xạ mặt
trời xuyên qua với hệ số lớn , sau đó sẽ hạn chế tổn thất nhiệt do đối lưu từ bộ hấp thụ ra môi
trường. Vật liệu thông dụng thường sử dụng là kính vì có nhiều ưu điểm: ít bị lão hóa,chịu được
va đập, do đặc tính quang học.
- Một collector có thể sử dụng từ 1 đến 3 tấm kính phủ. Số lượng kính phủ
càng nhiều sẽ giúp giảm tổn thất nhiệt ra môi trường ngoài nhưng đồng thời làm cho hệ số xuyên
qua của các tia bức xạ giảm đáng kể và tăng chi phí.
+ Lớp cách nhiệt: được đặt dưới đáy và các bề mặt xung quanh của colletor nhằm
giảm tổn thất nhiệt ra môi trường.

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

9


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

b) Nguyên lý
- Bức xạ mặt trời chiếu đến đi xuyên qua bề mặt tấm kính và được hấp thụ bởi bề
mặt hấp thụ. Lượng nhiệt đó được truyền qua lớp kim loại của rãnh rồi truyền đến cho môi chất .
Nhằm mục đích giảm thất thoát nhiệt do đối lưu nên người ta cần hút chân không khoảng giữa
tấm kính phủ và bề mặt hấp thụ. Tuy nhiên điều này khó thực hiện vì cấu tạo collector có nhiều
mối hàn , khó đảm bảo độ chân không lâu dài. Để cải thiện sự bất tiện này thì collector ống thủy
tinh chân không đã ra đời.
1.4.2 Collector ống thủy tinh chân không hai lớp (Evacuated-tube Collector)

Hình 1.11: Cấu tạo ống thủy tinh chân không
a) Cấu tạo:
+ Gồm hai ống thủy tinh lồng vào nhau, trên bề mặt ngoài của ống trong được
phủ lớp hấp thụ chọn lọc. Nước được làm nóng sẽ tiếp xúc với ống thủy tinh bên trong. Khoảng
không giữa hai ống được rút chân không đến áp suất khoảng 5.10 -3 Pa. Do đó tổn thất nhiệt do
đối lưu và dẫn nhiệt ra môi trường giảm đáng kể. Với dạng collector này khi được sử dụng đun
nước nóng thì được kết hợp bồn chứa nước ở phía trên.
b) Nguyên lý
+ Tương tự như collector tấm phẳng: BXMT đi xuyên qua ống thủy tinh ngoài,
được hấp thụ bởi bề mặt hấp thụ và truyền nhiệt cho nước. Quá trình lưu động của nước sẽ xảy ra
tương tự như collector tấm phẳng.
+ Sự khác nhau chủ yếu giữa collector tấm phẳng và ống rút chân không là khả
năng tiếp nhận BXMT tại các thời điểm khác nhau trong ngày. Vì hướng của tia BXMT trong
ngày thay đổi theo thời gian. Vào giữa trưa, tia trực xạ thẳng góc với bề mặt collector, cả hai loại
đều tiếp nhận BXMT ở vị trí như nhau. Nhưng vào buổi sáng hay chiều, tia trực xạ lệch đi,
BXMT không đến bề mặt collector thẳng góc như trước (đối với collector tấm phẳng); nhưng vì
có dạng trụ tròn, collector ống thủy tinh rút chân không vẫn nhận BXMT theo hướng thẳng góc
với bề mặt collector.

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

10


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

Hình 1.12: Hướng nhận BXMT theo giờ của collector ống chân không và tấm phẳng.
1.4.3 Ống thủy tinh chân không kết hợp ống nhiệt:
1.4.3.1 Ống thủy tinh hai lớp kết hợp ống nhiệt:

Hình 1.13: Cấu tạo ống thủy tinh hai lớp kết hợp ống nhiệt.
a)Cấu tạo :
+ Gồm ống thủy tinh chân không hai lớp và ống nhiệt trọng trường. Bề mặt hấp
thụ của ống thủy tinh truyền nhiệt cho ống nhiệt thông qua cánh kim loại có hệ số dẫn nhiệt cao.

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

11


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

b)Nguyên lý:
+ Bức xạ mặt trời chiếu đến bề mặt hấp thụ của ống thủy tinh. Quá trình truyền
nhiệt được thực hiện từ bề mặt hấp thụ đến cánh kim loại và từ cánh kim loại đến ống nhiệt. Môi

chất nạp trong ống nhiệt nhận nhiệt, sôi và bay hơi đến phần ngưng tụ để giải nhiệt cho chất làm
mát (nước hoặc không khí).
1.4.3.2 Ống thủy tinh một lớp kết hợp ống nhiệt:

Hình 1.14: Cấu tạo ống thủy tinh một lớp kết hợp ống nhiệt.
a) Cấu tạo:
+ Gồm ống thủy tinh một lớp bao bên ngoài, ống nhiệt gắn với bề mặt hấp thụ đặt
bên trong ống thủy tinh. Bề mặt hấp thụ hình gợn sóng và phủ lớp hấp thụ chọn lọc. Không gian
bên trong ống thủy tinh được hút chân không toàn bộ.
b) Nguyên lý:
+ Bức xạ mặt trời đi qua lớp kính và đến bề mặt hấp thụ (gắn với ống nhiệt). Từ
bề mặt hấp thụ truyền nhiệt trực tiếp đến ống nhiệt. Môi chất trong ống nhận nhiệt và quá trình
diễn ra tương tự như ống thủy tinh hai lớp kết hợp ống nhiệt.
+ Qua việc tìm hiểu cấu tạo sơ bộ của hai loại ống trên, xét về hiệu quả truyền
nhiệt thì ống thủy tinh một lớp có hiệu suất cao hơn ống hai lớp vì bề mặt cánh của ống nhiệt
nhận nhiệt trực tiếp hơn từ bức xạ mặt trời.Độ chân không của ống một lớp lại nhiều hơn làm
giảm đáng kể tổn thất nhiệt ra môi trường, nhưng đây cũng là một khuyết điểm vì gây khó khăn
cho việc chế tạo ống. Ngoài ra do mối ghép giữa ống nhiệt và ống thủy tinh có thể bị hở vì độ nở
vì nhiệt của chúng là khác nhau. Từ đó độ chân không bị giảm sút và ảnh hưởng đến hiệu suất
ống.
1.5 NHẬN XÉT:

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

12


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

- Nhận thấy collector ống nhiệt kết hợp ống thủy tinh là một sự kết hợp hoàn hảo khi
khắc phục được những khuyết điểm của collector tấm phẳng và collector ống thủy tinh rút chân
không. Tuy nhiên giá thành lại khá đắt và loại này còn khá mới lạ trên thị trường nước nóng mặt
trời nước ta. Tại Việt Nam chỉ có công ty Kenmec Việt Nam (trụ sở tại Quốc Oai Hà Nội) thuộc tập đoàn Kenmec Đài Loan là đơn vị kinh doanh hệ thống nước nóng NLMT sử dụng
collector ống thủy tinh chân không kết hợp ống nhiệt.
- Từ thực tế thị trường luôn quan tâm đến những sản phẩm mới cho hiệu suất cao, hạ giá
thành, thu hút người tiêu dùng.
Luận văn mong muốn đạt được:
+ Những nghiên cứu cơ bản về ống nhiệt đặc biệt là ống nhiệt trọng trường.
+ Tìm hiểu sâu hơn về hệ thống collector ống chân không kết hợp ống nhiệt thông
qua hai mô hình có sẵn là ống thủy tinh một lớp và hai lớp kết hợp ống nhiệt nhằm xác định :
-Hiệu suất tính toán trên lý thuyết và thực nghiệm của hai mô hình. Từ đó
đánh giá hiệu quả giữa chúng trong những điều kiện hoạt động khác nhau.
-Từ kết quả thực nghiệm, đưa ra mô hình hoạt động phù hợp với collector
ống thủy tinh chân không kết hợp ống nhiệt trong điều kiện địa lý khí hậu Việt Nam.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TÍNH TOÁN BỨC XẠ MẶT TRỜI (BXMT)
2.1.1 Thông số xác định vị trí của mặt trời:
- Góc cao độ của mặt trời (Solar Altitude Angle) - α : là góc tạo bởi tia trực xạ và hình
chiếu của tia trực xạ lên mặt phẳng nằm ngang. Phụ thuộc vào thời điểm và địa điểm khảo sát.
- Góc lệch của mặt trời (Declination) - : là góc tạo bởi tia trực xạ và mặt phẳng xích đạo
của trái đất. Góc lệch có giá trị trong khoảng -23,45o đến 23,45o.
(2.1)
+ n : số thứ tự ngày trong năm với qui ước lấy n của ngày 1/1 là 1
- Góc giờ của mặt trời (Solar House Angle) - : là góc tạo bởi tia trực xạ và đường nối
điểm khảo sát với vị trí cao nhất (thiên đỉnh) của mặt trời trong ngày. Gọi thời điểm ứng với lúc
mặt trời ở vị trí cao nhất ngay trên đỉnh đầu là giữa trưa (tính theo vị trí của mặt trời). Vậy bằng

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

13


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

cách lấy giữa trưa làm gốc, nếu thời điểm khảo sát lệch khỏi giữa trưa 1 giờ thì có giá trị tương
ứng là 15o. Góc giờ mang dấu âm (-) nếu trước giữa trưa và mang dấu dương (+) nếu sau giữa
trưa.
- Góc thiên đỉnh của mặt trời (Zenith Angle) - . : là góc tạo bởi tia trực xạ và đường thẳng
góc với mặt phẳng nằm ngang tại vị trí khảo sát. Do đó: , nên:
(2.2)
+ Với: là vĩ độ tại vị trí khảo sát.
- Góc phương vị của mặt trời (Solar Azimuth Angle) - : là góc hợp bởi hình chiếu của tia
trực xạ lên mặt phẳng nằm ngang và phương Nam.
2.1.2 Thông số xác định bề mặt khảo sát:
- Góc phương vị của bề mặt khảo sát (Surface Azimuth Angle) - : là góc hợp bởi hình
chiếu lên mặt phẳng nằm ngang của pháp tuyến của bề mặt khảo sát và phương Nam.Góc
phương vị có giá trị bằng 0 nếu bề mặt đặt theo hướng Bắc Nam; có giá trị dương nếu lệch về
bên Tây và giá trị âm nếu lệch về bên Đông so với phương Nam.
- Góc tới của tia trực xạ (Angle of Incidence) - : là góc hợp bởi tia trực xạ và pháp tuyến
của bề mặt khảo sát.
(2.3)

2.1.3 Bức xạ mặt trời đến bên ngoài bầu khí quyển
- Lượng bức xạ mặt trời đến một mặt phẳng có diện tích 1m 2 đặt thẳng góc với tia trực
xạ và ở bên ngoài bầu khí quyển.

(2.4)
+ Với:
lượng bức xạ mặt trời đến một mặt phẳng có diện tích 1m 2 đặt thẳng góc với tia bức xạ và ở bên
ngoài bầu khí quyển, W/m2
hằng số mặt trời có giá trị bằng 1353 W/m2
n: số thứ tự của ngày trong năm với qui ước lấy giá trị n của ngày 1 tháng
giêng là 1.

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

14


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

- Lượng bức xạ mặt trời đến một mặt phẳng có diện tích 1m2 nằm ngang:
(2.5)
- Lượng bức xạ mặt trời đến mặt phẳng nằm ngang có diện tích 1m 2 đặt bên ngoài bầu
khí quyển trong thời gian 1 ngày.
(2.6)
- Trong đó:
+ Ho (J/m2) : là lượng bức xạ mặt trời đến mặt phẳng nằm ngang có diện tích 1m 2
đặt bên ngoài bầu khí quyển trong thời gian 1 ngày.
+ a = 3600.180/(15.)
+A=
+B=
- Với :
2.1.4 Bức xạ mặt trời đến trên mặt đất:

- Tia bức xạ từ mặt trời chiếu đến trái đất phải đi qua bầu khí quyển. Do ảnh hưởng của
bầu khí quyển và các vật thể li ti trong bầu khí quyển, bức xạ mặt trời bị hấp thụ và phản xạ một
phần. Do đó giảm cường độ bức xạ của chúng khi càng đến gần mặt đất. Bức xạ mặt trời khi đến
mặt đất phân làm hai tia: tia trực xạ và tia khuyếch tán.
- Thành phần trực xạ có phương trùng với phương nối từ mặt trời đến điểm khảo sát, khi
đi vào bầu khí quyển bị giảm dần do hiện tượng hấp thụ của các thành phần trong bầu khí quyển
Trái đất.Thành phần khuếch tán xuất hiện do hiện tượng tán xạ khi bức xạ mặt trời đi qua các
phân tử khí có bên trong bầu khí quyển.
- Hottel và Woertz giả sử thành phần khuếch tán phân bố đồng đều trong khắp bầu trời.
Giả thiết phù hợp trong trường hợp bầu trời có sương mù , hoặc bị che phủ bởi mây phân bố đều
trong bầu trời. Vào những ngày trời trong, hầu hết những tia bức xạ khuếch tán có phương gần
giống với phương của tia trực xạ.
- Gọi:
+ I, IT : lượng bức xạ tổng đến bề mặt nằm ngang và đến bề mặt nghiêng đang
khảo sát trong 1 giờ.
+ Ib, IbT : thành phần trực xạ đến mặt phẳng nằm ngang và đến bề mặt nghiêng
đang khảo sát trong 1 giờ.

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

15


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

+ Id, IdT: thành phần khuếch tán đến mặt phẳng nằm ngang và đến bề mặt nghiêng
đang khảo sát trong 1 giờ.
- Ta có:

+ I = I b + Id
+ IT = IbT + IdT
- Đặt :
+ R = IT/I
+ Rb = IbT/Ib
+ Rd = IdT/Id
- Ta suy được:
+ R = Rb.(Ib/I) + Rd.(Id/I)
Trong đó:
+ Rb = IbT/Ib = cos/cosz
- Liu và Jordan xem lượng bức xạ tổng đi đến một bề mặt nghiêng bất kì bao gồm 3 thành
phần là thành phần trực xạ, thành phần khuếch tán bầu trời và thành phần phản xạ từ mặt đất.
- Do bên cạnh thành phần khuếch tán bầu trời, người ta còn chú ý đến thành phần phản xạ
do bề mặt đất, thành phần này có giá trị khá đáng kể ở những nơi bề mặt đất bị tuyết phủ.
- Theo vậy ta có:
IT = IbRb + Id.(1 + cos)/2 + (Id + Ib)..(1 – cos)/2

(2.7)

Trong đó :
+ là hệ số phản xạ của mặt đất . (Liu và Jordan đề nghị lấy = 0,2 đối với bề mặt
đất không có tuyết phủ và lấy = 0,7 đối với bề mặt đất có tuyết phủ ). Trong trường hợp Việt
Nam ta lấy = 0,2.
- Kết hợp các biểu thức đã trình bày ở trên ta có:
R = (Ib/I).Rb + (Id/I).(1 + cos)/2 +.(1 – cos)/2

(2.8)

Trong đó :
là góc nghiêng của bề mặt nghiêng đang khảo sát

+ (1 + cos)/2 : hệ số nhìn bầu trời
+ (1 - cos)/2 : hệ số nhìn mặt đất của bề mặt nghiêng.
- Vào những ngày bầu trời trong sáng ta xem như R = R b , còn vào những ngày bầu trời bị
mây và sương mù ta xem như Rd = 1.
- Rõ ràng mức độ khuếch tán và hấp thụ các tia bức xạ mặt trời thay đổi theo thời gian
do trạng thái và đặc điểm của bầu khí quyển không hoàn toàn ổn định, chính vì vậy phải chuẩn
hoá khái niệm trong sáng của bầu trời.
- Gọi b là hệ số xuyên qua bầu khí quyển của các tia trực xạ, ta có :

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

16


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
b

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH
(2.9)

= Gb/Go = ao + a1.

- Các nhà nghiên cứu đã đề xuất cách xác định a o, a1 và k ứng với bầu trời trong sáng tiêu
chuẩn có tầm nhìn xa 23 km như sau:
+ a0s = 0,4237 – 0,00821.(6-A)2
+ a1s = 0,5055 + 0,00595.(6,5-A)2
+ ks= 0,2711 + 0,01858.(2,5-A)2
Trong đó :
+A là độ cao của vị trí khảo sát so với mực nước biển, km
+ Gb là thành phần trực xạ xuyên qua bầu trời có độ trong sáng tiêu chuẩn đến 1

m2 bề mặt nằm ngang, W/m2
- Công thức xác định b sử dụng được cho bất kì giá trị nào của z ứng với độ cao khảo sát
nhỏ hơn 2,5 km.
- Nếu vị trí khảo sát thuộc vùng nhiệt đới thì nên nhân thêm hệ số hiệu chỉnh , cụ thể :
+ a0 = 0,95.a0s
+ a1 = 0,98.a1s
+ k = 1,02.ks
- Bên cạnh việc xác định thành phần tia trực xạ xuyên qua bầu trời có độ trong sáng tiêu
chuẩn , cần phải xác định cả thành phần khuếch tán tương ứng để tính được giá trị bức xạ tổng.
Liu và Joradan đã đề nghị cách xác định hệ số xuyên qua bầu khí quyển của các tia khuếch tán
ứng với bầu trời có độ trong sáng tiêu chuẩn như sau :

d

= Gd/Go = 0,271 – 0,2939.b

(2.10)

2.2 TÍNH TOÁN ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG
2.2.1 Giới hạn làm việc:
- Hoạt động của ống nhiệt bị chi phối bởi các quá trình nhiệt động, truyền nhiệt và thủy
động . Các quá trình này hạn chế công suất nhiệt của ống . Làm cho ống nhiệt xuất hiện các loại
giới hạn công suất khác nhau như: giới hạn sôi, giới hạn âm thanh và giới hạn lôi cuốn. Nếu công
suất nhiệt của ống vượt qua các giới hạn này thì sẽ dẫn đến nhiệt độ vách tăng gây hỏng ống.
2.2.1.1 Giới hạn sôi (Boiling – Burnout limit )
- Xuất hiện trong quá trình lỏng ngưng tụ chảy về phần sôi. Lớp chất lỏng sát vách nhận
nhiệt đầu tiên và xảy ra sôi bọt. Khi nguồn nhiệt tiếp tục cung cấp vào quá lớn thì các điểm sôi
bọt này vỡ ra và chuyển qua chế độ sôi màng. Lớp màng ngăn chặn phần nhiệt từ ngoài cấp vào
cho vùng chất lỏng bên trong, khiến cho vách dần tăng nhiệt độ lên cao và gây hỏng vách. Công
suất giới hạn ở đây là công suất lớn nhất mà cho môi chất vẫn tồn tại ở dạng sôi bọt.

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

17


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH
(2.11)

+ Với:
: giới hạn sôi của ống nhiệt (W)
: khối lượng riêng chất lỏng ngưng của môi chất (kg/m3)
: khối lượng riêng của hơi (kg/m3)
: nhiệt ẩn hóa hơi của môi chất nạp (J/kg)
: diện tích bề mặt trong phần sôi (m2)
: sức căng bề mặt của môi chất nạp (N/m)
: gia tốc trọng trường (m/s2)
2.2.1.2 Giới hạn âm thanh ( Sonic boiling ):
- Ống nhiệt không có dạng ống Laval nên theo lý thuyết nhiệt động , vận tốc hơi của nó
không thể vượt qua tốc độ âm thanh. Công suất nhiệt ứng với trường hợp tốc độ hơi bằng với tốc
độ âm thanh ta có giới hạn âm thanh.
(2.12)
+ Với:
: giới hạn âm thanh của ống nhiệt (W)
: tiết diện hơi trong ống (m2)
: khối lượng riêng của hơi (kg/m3)
: ẩn nhiệt hóa hơi của môi chất (J/kg)
: số mũ đoạn nhiệt của hơi.

+ hơi quá nhiệt : k = 1,3.
+ hơi bão hòa khô : k = 1,135.
+ hơi bão hòa ẩm : k= 1,035+0,1x.
: nhiệt độ tuyệt đối của hơi (K)
: hằng số chất khí của hơi (J/kg,K)
2.2.1.3 Giới hạn lôi cuốn ( Entrainment limit):
- Xuất hiện khi lượng nạp lớn, mật độ dòng nhiệt theo phương dọc trục lớn nhưng mật độ
dòng nhiệt theo phương hướng kín nhỏ. Khi công suất nhiệt lớn sẽ làm lượng hơi sinh ra nhiều,
vận tốc hơi lớn. Lực quán tính hơi thắng sức căng bề mặt và lực trọng trường của chất lỏng
ngưng khiến nó không thể trở về phần bốc hơi được, làm ống nhiệt ngừng hoạt động. Giới hạn
lôi cuốn chính là công suất lớn nhất mà tác dụng của dòng hơi bắt đầu ảnh hưởng đáng kể đến
lỏng ngưng.

(2.13)

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

18


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

+ Với:
: giới hạn lôi cuốn của ống nhiệt (W)
: tiết diện hơi trong ống (m2)
: khối lượng riêng của chất lỏng ngưng (kg/m3)
: khối lượng riêng của hơi (kg/m3)
: ẩn nhiệt hóa hơi của môi chất (J/kg)

: sức căng bề mặt của môi chất nạp (N/m)
: gia tốc trọng trường (m/s2)
- Giới hạn lôi cuốn luôn có giá trị thấp hơn hai giá trị trên nên cần được tính toán khi
kiểm tra, chế tạo.
2.2.2 Phương thức trao đổi nhiệt :
Bao gồm trao đổi nhiệt khi sôi và trao đổi nhiệt khi ngưng.
2.2.2.1 Trao đổi nhiệt khi sôi:
- Xảy ra tại phần được cấp nhiệt của ống nhiệt. Cơ chế của sự sôi gồm 4 quá trình chủ
yếu. Đó là sôi đối lưu, sôi bọt, chế độ quá độ và sôi màng.
- Xét quá trình sôi xảy ra của nước tại áp suất khí quyển p =1 bar, giải thích trên sự chênh
lệch nhiệt độ và mật độ dòng nhiệt q.
+ Với : nhiệt độ bề mặt vách được gia nhiệt (oC)
: nhiệt độ bão hòa của môi chất (oC)

Hình 2.1: Quá trình sôi của nước tại p = 1 bar
+ : Bọt hơi sinh ra lúc đầu không đủ để xáo động mạnh lớp chất lỏng trên bề mặt
vách trong của ống nhiệt. Nên quá trình truyền nhiệt chủ yếu là dạng đối lưu tự nhiên của dòng
một pha.

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

19


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

+ : Số bọt hơi sản xuất ra nhiều, tần số sản xuất bọt hơi lớn, lớp chất lỏng sát bề
mặt vách xáo động mạnh, xảy ra chế độ sôi bọt. Tại đây hệ số trao đổi nhiệt lớn hơn nhiều so với

vùng sôi đối lưu.
+ : càng tăng thì số bọt hơi sinh ra rất nhiều, bọt hơi dính lại liền nhau tạo nên
lớp màng phủ trên bề mặt vách. Hệ số dẫn nhiệt của hơi bé hơn so với lỏng nên giảm, q giảm.
Là chế độ sôi màng không ổn định.
+: toàn bộ bề mặt trong của vách ống phủ bởi hơi thì chế độ sôi màng không ổn
định chuyển thành chế độ sôi màng ổn định. Ở chế độ này nhỏ nhưng cao, truyền nhiệt qua
màng chủ yếu do bức xạ.
- Có nhiều công thức để tính hệ số TĐN khi sôi. Ở đây chỉ giới thiệu một công thức điển
hình:
+ Công thức Copper:
(2.14)
+ Trong đó: với P là áp suất chất lỏng (bar), là áp suất tới hạn của môi chất ( môi
chất là nước = 220,9 bar )
2.2.2.2 Trao đổi nhiệt khi ngưng:
- Quá trình ngưng xảy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi chất cần làm nóng và
nhiệt độ bề mặt trong ống tại phần ngưng. Điều kiện cần là trên bề mặt vách trong ống phải có
các tâm ngưng do độ nhám bề mặt. Tùy thuộc bề mặt làm lạnh và tính dính ướt của chất lỏng mà
có thể xảy ra hai quá trình ngưng:
+ Ngưng thành màng chất lỏng (ngưng màng).
+ Ngưng thành giọt chất lỏng (ngưng giọt).
- Màng nước ngưng cản tiếp xúc trực tiếp giữa pha hơi và bề mặt vách nên cường độ tỏa
nhiệt khi ngưng màng thấp hơn ngưng giọt 10-15 lần. Cơ chế ngưng màng được giả thiết để tính
toán các quá trình truyền nhiệt khi ngưng trong các thiết bị trao đổi nhiệt.
- Công thức Nusselt (1916):xác định hệ số trao đổi nhiệt khi ngưng tụ của môi chất trên
bề mặt thẳng đứng.
(2.15)
+ Với:

: tốc độ lỏng ngưng tụ rời khỏi bề mặt trao đổi nhiệt.
: hệ số Reynold.

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

20


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

2.2.3 Thành phần nhiệt trở:

Hình 2.2: Các thành phần nhiệt trở trong ống nhiệt.
+ R1: nhiệt trở nguồn cấp nhiệt với vách ngoài ống tại phần sôi (K/W).
+ R2: nhiệt trở dẫn nhiệt qua vách ống phần sôi (K/W).
+ R3: nhiệt trở chất lỏng sôi trong ống phần sôi (K/W).
+ R4: nhiệt trở chuyển động từ phần sôi đến phần ngưng (K/W).
+ R5: nhiệt trở hơi ngưng tụ trong ống phần ngưng (K/W).
+ R6: nhiệt trở dẫn nhiệt qua vách ống phần ngưng (K/W).
+ R7: nhiệt trở nguồn làm mát với vách ngoài ống tại phần ngưng (K/W).
- Thành phần nhiệt trở được tính toán qua các biểu thức:
(2.16)

(2.17)

(2.18)

(2.19)

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

21


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH
(2.20)

(2.21)

(2.22)
- Trong đó:
+ : hệ số tỏa nhiệt giữa chất lỏng (khí) nóng và bề mặt ngoài của ống ở phần sôi
2
(W/m ,K).
+ : hệ số tỏa nhiệt giữa chất lỏng (khí) làm mát và bề mặt ngoài của ống ở phần
ngưng (W/m2,K).
+ : hệ số tỏa nhiệt khi sôi và ngưng trong ống, (W/m2,K)
+ : diện tích mặt ngoài ống tại phần sôi (m2)
+ : diện tích mặt ngoài ống tại phần ngưng (m2)
+ : diện tích mặt trong ống tại phần sôi (m2)
+ : diện tích mặt trong ống tại phần ngưng (m2)
+ de,di : đường kính trong của ống (m)
+Ls : chiều dài ống phần sôi (m)
+Ln : chiều dài ống phần ngưng (m)
+ : hệ số dẫn nhiệt của vách ống (W/m,K)
+ : áp suất hơi trong phần sôi của ống (N/m2)
+ : áp suất hơi trong phần ngưng của ống (N/m2)
+ : nhiệt độ trung bình của hơi trong ống (K)

+ : khối lượng riêng của hơi (kg/m3)
+ r : nhiệt hóa hơi của môi chất nạp (J/kg)
- Công suất nhiệt toàn bộ:
(2.23)
+ : nhiệt độ trung bình của nguồn đốt nóng khi chuyển động qua phần sôi của
ống (oC)
+ : nhiệt độ trung bình của nguồn làm mát khi chuyển động qua phần ngưng của
ống (oC)
+ tổng nhiệt trở (K/W)
- Công suất nhiệt trong:
(2.24)
+ Công thức khác:

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

22


GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

(2.25)
+ Trong đó: A - hệ số kích thước ống nhiệt.
- hiệu nhiệt độ vách ống trong phần sôi và phần ngưng của ống.
- hệ số tính chất vật lý của môi chất nạp.
- hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng ngưng (W/mK)
- khối lượng riêng chất lỏng ngưng (kg/m3)
- nhiệt ẩn hóa hơi hay ngưng tụ (J/kg)
- độ nhớt (Ns/m2)

- Trong điều kiện ổn định có thể coi
2.3 TÍNH TOÁN VỚI COLLECTOR ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG
2.3.1 Tính các tổn thất collector:

Hình 2.3: Sơ đồ mạng nhiệt trở
- Giả sử dòng nhiệt dẫn ổn định, hệ thống ở vị trí cân bằng
( W)
(2.26)
: Nhiệt lượng bề mặt hấp thụ nhận được do cường độ BXMT chiếu tới (W)
: Nhiệt lượng có ích truyền cho môi chất làm việc trong ống nhiệt (W)
: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường ngoài (W)
- Phương trình truyền nhiệt từ bề mặt hấp thụ tổn thất ra môi trường:
( (W)

(2.27)

2

: diện tích bề mặt hấp thụ , (m )

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

23


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

: hệ số tổn thất nhiệt tổng của collector, (W/m2,K)

: nhiệt độ trung bình của bề mặt hấp thụ, (K)
: nhiệt độ môi trường không khí xung quanh, (K)
+ Hệ số tổn thất nhiệt tổng:
(2.28)
: hệ số tổn thất nhhiệt của collector tại phần sôi (W/m2,K)
: hệ số tổn thất nhiệt của collector tại phần ngưng (hộp bảo ôn), (W/m 2,K).
Trong điều kiện ổn định và cách nhiệt tốt có thể bỏ qua tổn thất này.
(2.29)
- Với :
: hệ số tổn thất nhiệt ( hệ số tỏa nhiệt qui đổi ) giữa bề mặt hấp thụ với ống thủy tinh, (W/m2,K)
: hệ số trao đổi nhiệt giữa bề mặt ngoài ống thủy tinh và môi trường xung quanh, (W/m2,K)
- Quá trình truyền nhiệt từ bề mặt hấp thụ tổn thất ra ngoài môi trường bao gồm hai quá
trình : truyền nhiệt từ bề mặt hấp thụ đến ống thủy tinh và từ ống thủy tinh ra môi trường.
- Phương trình truyền nhiệt từ bề mặt hấp thụ tới mặt trong ống thủy tinh:
(2.30)
+ Trong hai trường hợp collector ống thủy tinh kết hợp ống nhiệt đều được hút
chân không ở trong ống nên bỏ qua tổn thất do đối lưu, chỉ còn lại tổn thất do bức xạ từ tấm hấp
thụ đến bề mặt ống. Hệ số tổn thất do bức xạ:
(2.31)
- Với:
; hằng số Stefan-Boltzmann
Tg : nhiệt độ ống thủy tinh (K)
Tp :nhiệt độ bề mặt hấp thụ (K)
Ag : diện tích bề mặt trong ống thủy tinh (m2)

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

24

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : Th.S NGUYỄN THỊ MINH TRINH

và : độ đen bề mặt tấm hấp thụ và tấm thủy tinh, không thứ nguyên
A p : diện tích bề mặt hấp thụ ( m2) ( diện tích trao đổi nhiệt bức xạ gấp đôi
vì trao đổi nhiệt 2 phía).
- Phương trình truyền nhiệt từ bề mặt ống thủy tinh ra môi trường ngoài:
(2.32)
: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu,
: hệ số tuyến tính giúp lượng hóa cường độ trao đổi nhiệt bằng bức xạ giữa bề mặt kính nhiệt độ
Tg và bầu trời có nhiệt độ hiệu dụng Ts.
là diện tích bề mặt ngoài ống thủy tinh. (m2)
+ Hình thức đối lưu ta chọn trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức.
- Những công thức liên quan tính toán hệ số TĐN đối lưu:
a) Công thức Sparrow:
(2.33)
hay Re < 106
- Theo tiêu chuẩn Nusselt:
(2.34)
- Từ đó suy ra hệ số
- Công thức trên chưa tính đến ảnh hưởng của đối lưu tự nhiên.
b) Công thức McAdams và Jurges :
(2.35)
2

: W/m ,K
V : m/s
- Giá trị trên đã bao gồm ảnh hưởng của đối lưu tự nhiên và bức xạ.
c) Công thức Watmuff: chỉ xét ảnh hưởng của gió.

(2.36)
- Hai công thức (2.35) và (2.36) sử dụng cho bề mặt có diện tích khoảng 0,5 m2.
+ Hệ số trao đổi nhiệt do bức xạ từ bề mặt kính ra môi trường:
(2.37)

SVTH: TÔN THỊ MINH NGỌC

25