Physical modeling of thermal processes of the air solar collector with flow turbulators

Abstract

Проаналізовано існуючі системи сонячного повітряного теплопостачання. Представлено фізичну модель повітряного сонячного колектора (ПСК) із додатково встановленими турбулізаторами потоку, які розміщено у повітряному каналі сонячного колектора для покращення його теплових характеристик та ефективного використання у регіонах з помірним кліматом. Наведено енергетичні баланси для п’яти ключових елементів ПСК та записано систему балансових рівнянь. Для визначення геометричних та теплотехнічних параметрів турбулізаторів потоку записано ряд графічних залежностей. Визначено, що в повітряному каналі сонячного колектора спостерігається перехідний рух теплоносія, а максимальний коефіцієнт конвективного теплообміну між турбулізатором потоку та повітрям спостерігається за кута нахилу теплопоглинача 45 градусів. Здійснено комп’ютерне моделювання теплових процесів, які відбуваються у повітряному каналі сонячного колектора і отримано, що потужність запропонованого ПСК зросла на 23 % порівняно із сонячним колектором з плоскою теплопоглинальною пластиною.

The analysis of existing systems of solar air heating has been carried out. The physical model of the solar air collector (SAC) with additionally installed flow turbulators, which are located in the air channel of the solar collector, is presented to improve its thermal characteristics and efficient use in temperate climates. The energy balances for the five key elements of the SAC have been presented and the balance equations system has been written. To determine the geometrical and heat engineering parameters of the flow turbulators, a number of graphical dependencies have been recorded. We found out that in the air channel of the solar collector there is a transitional movement of the heat carrier, and the maximum coefficient of convective heat exchange between the turbulator of flow and air is observed at the angle of inclination of the heat absorber of 45 deg. The computer simulation of thermal processes occurring in the air channel of the solar collector was carried out and we discovered that the power of the proposed SAC increased by 23 % compared to the solar collector with a flat heat-absorbing plate.