УДК 623

                    А. Ж. ЖАМАЛОВ, М. М. КУНЕЛБАЕВ

                     Алматинский институт энергетики и связи

                                    Республика Казахстан

 

ИССЛЕДОВАНИЕ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ПЛОСКИХ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ.

 

   By comparatively small a speed tie with laminar move to heat exchange render important influence lifting power and result field a speed. Distribution temperature and speed for empress liquid with physical property not depend of temperature express differential equation power, a move and for process become in time.

 

   Процесс теплообмена при свободном движении жидкости имеет широко распространение (отопительные приборы, паровые и варочные котлы, солнечные опреснители, гелиоводонагреватели, гелиотеплицы, гелиовоздухонагреватели  и другие тепловые устройства.

   Рабочий процесс различных теплообменных устройств основан на конвективном теплообмене между поверхностью твердого тела, и омывающей жидкостью. Интенсивность этого процесса определяется геометрическими мерами твёрдого тела, имеющего другую температуру, механическое движение жидкости и явление распространения тепла происходит одновременно они оказывают взаимное влияние друг на друга.

   Явление конвективного теплообмена описываются следующими дифференциальными уравнениями: 

 

1.Уравнение конвективного переноса тепла:

 

         

 

в векторной форме:

 

                                                                                             (1.1)

 

2. Уравнение сплошности:

 

        

 

в векторной форме:

 

 

                       

            

                                                                                             (1.2)

 

 

 

3. Уравнение движения вязкой жидкости (Навье-Стокса) для одной оси:

            

 

где:                                      

 

 

               

                               

 

и в векторной форме:

 

            

                                             (1.3)

 

Во всех этих уравнениях обозначают:

W- скорость движения, в м/сек,

 - составляющие скорости по оси, в м/сек,

t- температура потока, в 0 C

a- коэффициент температуропроводности жидкости, в м2 / сек,

-время, в сек.,

g- ускорение силы тяжести, в м/сек,

S-плотности жидкости, в кг/м2 ,

P-давление жидкости, в кг/м2 ,

-коэффициент вязкости, в кг/м2,

x,y,z-координаты точек, в м.

 

   При “свободной” или “естественной” конвекции течение жидкости возникает исключительно под действием разности плотностей, обусловленной неравномерностью ее нагрева. Поэтому в уравнении движения (5.3) член, определяющий силу тяжести (p g) должен быть заменен выражением подъемной силы. Для чего давление  P разложим на два составляющих:

 

                                                   P=P+P*

 

   Здесь P – гидростатическое давление невозмущенной среды,

P* - добавочное слагаемое, обусловленное движение.

Если пренебречь плотности от давления, то можно положить.

  

                                            P=const + p0gx,

 

   Где p0 – плотность жидкости в достаточном удалении от объекта, при температуре

   x- высота над условным уровнем.

Тогда члены          в уравнении (5.3) можно заменить

 

           

 

 

   Где A=g(p-p0) есть подъёмная сила.

   В тех случаях, когда изменение плотности жидкости обусловлено различием температур в различных ее точках, выражение для подъемной силы может быть преобразовано следующим образом:

 

                          

Или 

 

                                        

 

 

   T-абсолютная температура жидкости в какой – либо точку конвективного потока,

   T0-абсолютная температура жидкости вдали от объекта,

   p,p0-плотности жидкости, соответствующие температурам.

Подъёмная сила единицы объема равна:

 

                                                                                                   (1.4)

 

 

Для газов (идеальных) имеем

 

 

                                                    

 

Подставляя значения подъёмной силы (1.3) имеем окончательно для случая свободного движения

 

 

 

   Совокупность указанных трех (1.1),(1.2),(1.3) дифференциальных уравнений при заданных краевых условиях к решению конкретной задачи о теплообмене при свободной конвекции, при условии, что установлено существование и единственность решения уравнения.

   Ввиду ряда трудностей, какие представляет аналитическое решение задач о теплообмене при свободном движении, оно имеет приближенный характер и не имеет большого практического значения. Наилучшее решение Шмидта и Бекмана о теплообмене при свободном движении воздуха может быть применено только для случая теплоотдачи плит небольшой высоты при малых температурных напорах [1.1].

 

                                          Литература

 

1.     Бояринцев Д.М. Теплопередача через жидкостные и газовые прослойки. Ж.Т.Ф., т.ХХ, вып. 9, 1980 г.

2.     Жамалов А.Ж. Распределение температурного поля плоского солнечного коллектора и оценка его эффективности. Материалы «Научно-практической конференции», г.Ташкент, 1996 г.

3.     Жамалов А.Ж. Исследование теплообмена при наложении вынужденной и свободной конвекции в плоских солнечных нагревателях, расположенных под углом к горизонту. «Поиск» научный журнал Минобразования РК, 1997 г.