Numerička i eksperimentalna studija sunčevog kolektora s valovitim apsorberom

Dović, Damir (2005) Numerička i eksperimentalna studija sunčevog kolektora s valovitim apsorberom. = Numerical and experimental study of the solar collector with corrugated absorber. Doctoral thesis , Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, UNSPECIFIED. Mentor: Švaić, Srećko.

[img]
Preview
Text
24_01_2006_Dovic_doktorat.pdf - Published Version Jezik dokumenta:Croatian

Download (21MB) | Preview

Abstract (Croatian)

U prvom dijelu rada dani su izrazi i postupak proračuna izmjene topline u pločastom kolektoru sunčevog zračenja s cijevnim registrom i u pločastom kolektoru bez cijevi. Koristeći taj proračun provedene su simulacije rada ispitanih cijevnih kolektora varirajući rane konstrukcijske parametre. Temeljem tim putem dobivenog uvida u utjecaj pojedinog parametra na toplinske karakteristike, razvijeni su razni numerički modeli za simulaciju izmjene topline u cijevnom i kolektoru bez cijevi. Koristeći programski kod Fluent provedene su numeričke simulacije rada ispitanog visoko-učinkovitog cijevnog kolektora s laserski zavarenim cijevima za ploču apsorbera, varirajući geometrijske i radne parametre, ne bi li se uočio način za daljnje povećanje učinkovitosti. Slijedeći rezultate tih simulacija i prethodnih analiza, razvijen je prototip kolektora sastavljen od dvije valovite ploče s V-žlijebovima, kakve se inače koriste u visoko-učinkovitim kompaktnim pločastim izmjenjivačima topline. Rezultati ispitivanja učina i pada tlaka razvijenog prototipa sa i bez pokrovnog stakla uspoređeni su s rezultatima provedenih simulacija i podacima o mjerenju toplinsko-hidrauličkih karakteristika kolektora s cijevima. Na temelju termografskih snimki raspodijele temperatura apsorbera prototipa ocijenjene su učinkovitosti pojedinih dijelova ploča, te izračunate lokalne vrijednosti koeficijenata prijelaza topline s apsorbera na radni fluid. Posebni dio rada odnosi se na opis numeričkog modela za simulaciju strujanja kroz segment kanala pločastih izmjenjivača s kutom žlijebova od β = 28°, 60° i 65°. Vrijednosti koeficijenta prijelaza topline dobivene za pojedine uvjete strujanja korištene su kao rubni uvjet u prije spomenutim simulacijama izmjene topline u prototipu kolektora bez cijevi. Točnost provedenih simulacija provjerena je kroz usporedbu s rezultatima prethodno provedenih ispitivanja toplinsko-hidrauličkih karakteristika simuliranih kanala, vizualizacija strujanja i s termografskim snimkama ploče apsorbera. Iz provedenih analiza i mjerenja dane su smjernice za jednostavniju i toplinski učinkovitiju konstrukciju razvijenog prototipa kolektora bez cijevnog registra. Takav kolektor predstavlja novi pristup u oblikovanju uređaja za pretvaranje energije Sunca u toplinsku energiju, te je izravan doprinos nastojanjima da se proizvede visoko-učinkoviti kolektor uz izbjegavanje skupih i složenih tehnoloških postupaka kvalitetnog pričvršćivanja cijevnog registra za ploču apsorbera. Razvijeni numerički modeli izmjene topline u kolektoru s cijevima i u pločastim izmjenjivačima topline, omogućuju optimiranje svih relevantnih geometrijskih parametara u svrhu konstruiranja što učinkovitijeg, jednostavnijeg i jeftinijeg uređaja, te smanjenja broja eksperimenata u fazi razvoja proizvoda.

Abstract

The first part of this work provides the expressions and procedure for evaluation of heat transfer in plate type solar collector with and without tube sheet. Applying this calculation procedure, a number of simulations of collector work are performed, varying at that time constructional parameters. Following this parameter analysis, different numerical models for CFD simulation of heat transfer in collectors with and without tubes are developed. These CFD simulations are performed by means of the computer code Fluent, firstly focusing on the geometry of previously tested collector with tubes welded to the absorber by laser. The simulations are performed at altered constructional and working parameters with aim of considering possibilities for further increase of collector efficiency. These analyses lead to the construction of the collector prototype without tubes, consisting of two chevron plates normally used in plate heat exchangers. The thermal-hydraulic performances tests of developed prototype with and without glazing are compared against the results available from the numerical simulations and with the test results on collectors with tubes. The thermography is employed to record a temperature distribution over the prototype absorber plate in order to calculate the local heat transfer coefficients on the fluid side. A separate part of this work is devoted to the CFD simulation of the flow through the complex geometry of plate heat exchanger channel for the chevron angles β = 28°, 60° and 65°. The values of the heat transfer coefficients calculated from the results of these simulations served as a boundary condition for previously mentioned simulations of the heat transfer in collectors. All results are validated through the comparison with the results from the visualisation and thermal-hydraulic tests done on the corresponding plate heat exchangers channels, as well as with the thermograms recorded during the collector performances tests. Following the results of performed analyses and measurements, the instructions for simpler and thermally more effective construction of developed collector prototype are suggested. Generally, the developed type of collector without tubes represents a direct contribution to the efforts involved in producing a cheap solar collector of high thermal performances, avoiding rather complex and expensive technology nowadays employed to attach tubes to absorber in thermally effective way. Developed mathematical and CFD models for estimating the heat transfer in solar collectors and in plate heat exchangers channels, enable optimization of relevant constructional parameters in order to produce more efficient, simpler and cheaper device, as well as they allow for reduction of number of tests needed in designing process.

Item Type: Thesis (Doctoral thesis)
Uncontrolled Keywords: kolektor sunčevog zračenja; izmjena topline u kolektoru; učinkovitost kolektora; mjerenje; numerička simulacija; prototip kolektora bez cijevi; V-kanal pločastog izmjenjivača
Keywords (Croatian): solar collector; heat transfer in collector; collector efficiency; measurement; CFD simulation; prototype of collector without tubes; chevron channel of plate heat exchangers
Divisions: 300 Department of Thermodynamics, Thermal and Process Engineering > 320 Chair of Thermal and Process Engineering
Date Deposited: 22 Sep 2014 18:00
Last Modified: 02 Dec 2020 10:48
URI: http://repozitorij.fsb.hr/id/eprint/13

Actions (login required)

View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year