Modelowanie nieustalonej pracy płaskiego cieczowego kolektora słonecznego
Wariant tytułu
Modelling of liquid flat-plate solar collector operation in transient states
Autor
Dziewa, Piotr
Promotor
dr hab. inż. Wiesław Zima, prof. PK
Data wydania
2013
Data obrony
13.01.2013
Wydawca
[s.n.]
Język
polski
Słowa kluczowe
kolektor słoneczny, model matematyczny, parametry rozłożone, stan nieustalony, weryfikacja eksperymentalna
solar collector, mathematical model, distributed parameters, transient state, experimental verification
Abstrakt
W ramach pracy zaproponowano jednowymiarowy model matematyczny płaskiego cieczowego kolektora słonecznego, pozwalający na symulację pracy takiego kolektora w warunkach nieustalonych. Jest to model o parametrach rozłożonych, a warunki brzegowe mogą być zależne od czasu. Model ten oparto na równaniach bilansu energii zapisanych dla pięciu węzłów kolektora. Analizowane węzły obejmowały szybę solarną, warstwę powietrza pomiędzy szybą i absorberem, absorber, czynnik roboczy oraz warstwę izolacji. Do rozwiązania wyprowadzonych równań różniczkowych wykorzystano niejawny schemat różnicowy. Metoda ma charakter iteracyjny. W pracy przedstawiono weryfikację obliczeniową oraz eksperymentalną proponowanego modelu. Weryfikacja obliczeniowa polegała na porównaniu wyników uzyskiwanych za pomocą opracowanej metody z wynikami dostępnych rozwiązań ścisłych dla stanów nieustalonych. W celu przeprowadzenia weryfikacji eksperymentalnej, zbudowane zostało stanowisko badawcze. Weryfikacja polegała na porównaniu zmierzonych, nieustalonych przebiegów temperatury czynnika na wylocie z kolektora z wynikami obliczeń numerycznych. Stwierdzono w pełni zadowalającą zgodność analizowanych przebiegów. Opracowany model jest odpowiedni dla kolektorów pracujących zarówno w układzie kanałów równoległych, jak i serpentynowych, wyposażonych w pojedynczą lub podwójną szybę solarną.
The paper presents a one-dimensional mathematical model for simulating the transient processes which occur in liquid flat-plate solar collector model with distributed parameters. In the model, the boundary conditions can be time dependent. The proposed model is based on solving equations which describe the energy conservation for the glass cover, air gap between cover and absorber, absorber, working fluid, and insulation. The differential equations derived were solved using the implicit finite-difference method in an iterative scheme. The paper presents the numerical and experimental verifications of the proposed model. The computational verification consists in comparing the results of available analytic solutions for transient operating conditions. In order to experimentally verify the method, a test bench was built and measurements were carried out. Comparing the measurements results of the transient fluid temperature at the collector outlet with computational results, satisfactory convergence is found. The presented model is suitable for collectors working in a parallel or in a serpentine tube arrangement with single or double covers.
Klasyfikacja PKT
442900 Energetyka o źródłach odnawialnych i inne rodzaje energetyki
