文摘
在这部作品中,太阳能水收集器流管几何修改弯曲和螺旋来提高系统的性能。调查进行实验Kovilpatti地区的气象条件下(9°100N, 77°520印度泰米尔纳德邦,E)。流管道的太阳能热水器是用铜材料具有较高的热导率恢复水热热能。质量流率的影响(MF)流管道的表面温度的各种配置流管了。的两个MFs 0.0045千克/秒和0.006公斤/测试。0.006公斤/ s的曼氏金融收益率73%相比其他MF的最大效率。直、弯曲和螺旋管产生的最大效率58%,62%,和69%,分别为0.0045公斤/ s。同样,获得的0.006公斤/ s的曼氏金融效率为62%,65%,73%,直,弯曲,和旋流管,分别。经济学和系统的(火用)分析。收集器的最大(火用)效率估计32% MF 0.0045公斤/ s的螺旋流收集器,0.006公斤/ s MF,获得的(火用)效率是27%的螺旋流热水器。经济分析表明,费用是0.0608美元和0.0512美元的价值产生的热水为国内空间供暖。
1。介绍
损失的能量以热的形式在我们的日常生活中是不可避免的。它起着重要作用,用于各种目的,如烹饪、加热水,空间加热、工业过程加热和干燥。几乎三分之一的世界能源利用形式的热量。此外,据估计,大约50%的热能消耗在热水要求不同的目的(1,2]。它演示了热能的价值和人类需要热水。然而,热水的要求已经在两个主要方面:电加热器和燃料燃烧。这些手段都是与更高的能源成本,可引起严重的环境破坏。在最近的几十年里,太阳能热水器的使用(片)已成为普遍提供的最终用户和他们的经济和生存能力在热水中生成(3]。他们可以适当应用范围广泛的应用程序,从国内热水到工业过程加热几乎为零的运营成本和能源独立4,5]。片上的可行性研究使用蒙特卡罗方法提出构建片最经济的代热水。在大多数片,来自太阳的热能回收借助平板收集器或真空管集热器加热水。此外,可以使用泵如果需要一个活跃的循环的水;否则,保持没有一个简单的thermosyphon-dependent循环泵(6,7]。
尽管片的众多优势,一些障碍,如热效率低,每年分数低,是由于天气间歇太阳辐射和复合(8- - - - - -10),集成热存储材料(11),和修改收集器几何图形(12]。FPC和管鳍安排介绍,以改善其性能(13]。他们得出的结论是,圆盘增强剂显示出比管式增强剂,显著改善性能增强因子增加到1.38%。在另一项研究中,研究了FPC的表面后,引入对流壁垒。结果表明,热损失由增加障碍的数量大大减少,提高了系统的效率14]。筛网(15)是研究提高太阳能集热器热性能的管道。甲醇作为工作流体在热水器。他们发现效率改进的网格数量,并提出最优网格数量作为电容器的每英寸100网段。使用不同类型的相变材料的好处(潜热)还在几项研究中研究提高太阳能集热器的性能(16- - - - - -18]。片的实验是加上一个振荡热管和PCM (19]。他们证实了PCM输出波动减少了30%,出口水温增加到50°C。石蜡基PCM的影响(20.)是研究的年度太阳能部分疏散太阳能管收集器。据报道20.5%的效率提升与PCM的片记录支持。其他的文学作品已经讨论了使用nanoadditive-based液体的可能性提高太阳能集热器的性能(21,22]。迈克尔和Iniyan [23)测试了nanofluid含氧化铜纳米颗粒在水作为工作流体在不同流动条件下平板片。实验表明,nanofluid集热器的热效率提高了6.3%。加热和冷却过程的全面审查使用纳米材料润滑剂是参了。(24,25]。
全球平板片已经部署在几个数据由于其简单的设计和更低的成本相对于其他类型的片。然而,必要的设计和几何关键因素在决定FPC系统的高效性能,尤其是对系统热虹吸流条件下操作。的影响mantle-shaped热交换器连接到平板太阳能集热器报道(见文献[26])。mantle-shaped热交换器被记录定期降低系统的效率。
FPC的影响进行数值计算了管上的酒窝FPC改善传热的27]。得出传热已经增加了32.3%。另一方面,酒窝管的摩擦系数增加了11%左右,而不是一个有用的现象在这种类型的系统。在最近的一项研究[28],螺旋状波纹冒口已经测试了FPC作为传热增强机制,丰富了热输出系数2.3。席尔瓦和Salviano [29日]研究了FPC配备一种特殊建造winglet-type漩涡……结果显示改善传热,但显著增加流的摩擦阻力。部署流管提高了平板内的螺旋插入片(30.]。广泛的文学研究已经显示了很大的潜力提高平板片的性能不会导致额外成本和材料通过修改收集器几何。此外,先前的文献表明,流动参数的重要因素,必须批判性研究的实施任何改进的太阳能集热器几何达到最大性能……在这部作品中,平板片的效率进行了研究并与三种不同几何配置的流管:一个连续布局,第二个弯曲的布局,和第三个螺旋布局。显著改善料片的效率和在以下部分说明。系统的经济和体现能量分析进行了可行性研究。
2。材料和方法
2.1。材料
调查片如图1,其中包括太阳能集热器与各种流管,如直,弯曲,和螺旋状流水系统,测量仪器。片系统是由一个存储系统、流管和主控制阀,水的曼氏金融监管。吸收塔板上涂了一层黑色吸收大量热能。玻璃罩用于绝缘表面和表面允许光能量罢工收集器4毫米厚度。片墙与thermocol绝缘降低传导损失。片是转移到太阳的位置和举行9°倾角的站点。片的各种表面温度测量和绘制。进口和出口水温度测量使用热电偶线。根据收集器的位置,适当尺寸的木头框架支持太阳能水收集器。一片入口和出口管安装,使铜管可以类似地锁在绝缘盒的热能可以使用太阳能日晒最好。 Figure2显示了研究流程图。
(一)
(b)
(c)
实验在Kovilpatti发生在2020年3月,国家工程学院,在印度泰米尔纳德邦,。进行的实验是在不同的质量流量的0.0045和0.006公斤/ s选择执行实验。水流通过直、弯曲和螺旋流片系统的管吸收器板的顶部。太阳辐射不断下跌的玻璃罩,这导致水加热。此外,水在地板上的太阳能加热系统,如图所示2,表中列出的仪器使用1。
2.2。方法
本研究的主要目的是加强片的性能通过修改流管的太阳能收集器。2020年3月期间进行了实验。能源和(火用)分析,分析了片等各种流管直,弯曲和螺旋流。系统的研究制定,片的性能进行了分析。三片的设计和用的尺寸制作的 。每片成立等特殊设计的流管直,弯曲和螺旋流管。太阳能集热器上的入射太阳辐射和环境参数测量使用微型气象站。(1)fpc应固定在一个特定的角度根据位置以便最大太阳辐射被吸收效率(2)最初,一个直式铜管安装在FPC分析性能,其次是螺旋管和弯管(3)两头管道提供水的循环的收集器。Curved-type和直式铜管子应该附加两头之间的管道间距以同样的距离(4)太阳能集热器上方放置一个储罐储存水。水被加热,而流经管,发生有温差(5)这个温度差异也会引起密度变化,导致水的自然循环基于热虹吸效应。就时间而言,一个简单的烧杯是用来测量水的MF体积的基础上
3所示。实验的不确定性
误差是测量值与实际值之间的差异的价值衡量。误差两种形式存在:零星的和结构性的。随机误差改变为测试执行在稳定条件下,但结构性错误不能被改变。集成的方法量化不确定性有关实验的影响(31日]。B型错误测量的精度和校准特征。在这个分析中,所有个人测量参数是均匀分布的。这里提到的实验有独立的参数:吸收器表面温度和水出口温度。不确定性形式B的正则表达式31日,32] “联合国”是标准的不确定性和“啊”是由设备制造商标识设备的精度。表1显示了困难关于实验设备。的不确定性计算效率0.052%。
4所示。结果与讨论
4.1。太阳能热水系统的能量分析
太阳辐射主要取决于当地的天气和位置。2020年3月,晴空条件下进行了实验。平板片各种流的输出管道评估。样例MF的实验提出了天0.0045和0.006公斤/ s在3月12日,2020年3月15日,2020年,分别。实验一天第一天和第二天表示。的能量转化为热能收集的水管道。因此,进口温度不一样的是出口温度吗 。获得的能量计算使用以下方程: 在哪里水和曼氏金融吗水的比热。
收集器效率是通过使用关系 在哪里是集电极区(m2),是太阳的强度。
图3显示了每小时的太阳辐射和环境温度变化的第一天和第二天Kovilpatti地区。图4显示了每小时温度差异传入和排水,太阳能集热器的能力,和的比较直,弯曲,春天太阳能管流片的实验环境参数。这是推断从图4表明白天温度变化对各种MFs片的直,弯曲和螺旋流管。它表明,太阳能集热器的温度增加预测的太阳辐射和峰值为14.00。一天是太阳的力量。较低的温度变化增加MF。66°C的温度最高,69°C, 72°C,直,弯曲和螺旋流管MF为0.0045公斤/ s,至少29°C的MF 0.0045公斤/ s。随着MF的增加从0.0045到0.006公斤/ s,出口水温下降。
(一)
(b)
断断续续的太阳辐射的影响可能会影响收集器的表面温度间接降低了系统效率。太阳能水通道的平均温差在太阳能水通道的输出温度在两天测试相应的MF。评估系统性能的一个重要因素是温度微分。图5显示,与崛起的MF系统温差却降低了。连续片与、弯曲和螺旋管,温度变化的质量流量的0.0045公斤/ s,分别为38°C, 41°C, 44°C。
(一)
(b)
图5显示之间的集成关系MF和每小时变化的能量转换效率与不同的流片管,包括直,弯曲,和旋流管,两天。第一天,水是0.0045公斤的MF / s,这是最高的一天,一个直,弯曲,和循环效率为58%,62%,和69%,分别。水MF增加检测设备效率的变化在第一次实验。系统的热效率已经大大改善。第二天,效率是62%,65%,和73%的MF 0.006公斤/ s为直,弯曲和螺旋管,分别。MF的增加有助于提高传热系数,因此,效率是增加5,13]。片的性能取决于入射太阳辐射,MF和配置的流管几何33]。片的几何形状的变化引起的流动的液体培养基中,也增强了螺旋流收集器的性能。太阳能水收集器的性能与不同几何形状的流管相比,表中给出2。
图6显示的变化意味着日常太阳能流管热效率收集器的两种不同的质量流的速度。的能量来源于太阳辐射是43 MJ的MF 0.006公斤/ s。能源提供的太阳能水收集器是14.7 MJ。剩余的水10.1 MJ坦克提供能量。因此,计算每日平均热效率为40% 0.006公斤的MF / s。的能量来源于太阳辐射的MF 0.006公斤/ s是46乔丹。
从排水系统的能量转移导致19乔丹。其余的水提供的能量为5.6 MJ。估计平均热效率为33% 0.0045公斤的MF / s,连续流管的……弯曲和螺旋流管的太阳能水收藏家效率36%和38.3%,分别为0.0045公斤/ s流,如图6。
4.2。太阳能热水系统的(火用)分析
可以评估系统的第二定律效率(毁灭的能量)可能的输入系统可以从系统中提取多少工作。片的(火用)的比较直,弯曲和螺旋流片进行了分析。给出了系统的(火用)效率
系统的(火用)输入表示如下: 在哪里的面积是收集器(m2),是太阳辐射(W / m2)。容器应放在一个斜坡温度6000 K。片的(火用)分析计算出各种几何形状的直,弯曲和螺旋收藏家。收集器的最大(火用)效率估计32%的MF 0.004公斤/ s在螺旋流收集器,而对于0.006公斤/ MF,获得的(火用)效率是27%的螺旋流热水器、绘制的人物7(一)和7 (b)。
(一)
(b)
4.3。太阳能热水器的经济评价
片的居住建筑的重要特征是一年一度的节能由于热能。年度能源获得被认为是基于提供的能量片和热负荷的减少在其一生中(34]。片的资本成本是列在表中3。
CRF的资本设备的采收率。利率( )和计划的时间应该持续下去分别是12%和10年。
在这里,系统的残值( )作为系统的资本成本的20% ( )。一个使用方程(方程计算偿债基金的因素8)。
片由这些系统的成本如表所示4。修改的片流管可能影响价值0.0608美元和0.0512美元的费用产生的热水为国内空间供暖。
4.4。具体能源
蕴藏能量由重视能源用于运输原材料,生产的组件,安装和维护的组件,在房子里安装产品的(35]。分解的能量用于系统组件已经被列在表中5。具体能源1211千瓦时。
4.5。能源投资回收期(EPBT)
EPBT是比例的能量使用的片系统,由热年均节能收益(36]。它给出如下:
平均EPBT回收期片是2年。拟议中的片EPBT是列在表中4。
5。结论
修改后的片的性能比较实验研究对各种流管,包括直、弯曲和螺旋管。MF是成反比的输入之间的温差和出口流动。(我)报告的最大温差的MF 0.0045公斤/ s。然而,温差与太阳辐射直接相关,增加太阳辐射引起的表面温度(2)两个MFs测试,如0.0045和0.006公斤/ s。0.006公斤/ s的曼氏金融收益率73%相比其他MF的最大效率(3)直、弯曲和螺旋管产生的最大效率58%,62%,和69%,分别为0.0045公斤/ s。同样,获得的0.0045公斤/ s的曼氏金融效率为62%,65%,73%,直,弯曲,和旋流管,分别
这项工作将有助于利益相关者和建筑师设计的家庭取暖……没有修改的片流管会增加5%的资源。经济分析表明,费用是0.0608美元和0.0512美元的价值产生的热水为国内空间供暖。
命名法
| MF: | 质量流率 |
| 片: | 太阳能热水器 |
| FPC: | 平板太阳能集热器 |
| 氯氟化碳: | 弯曲流太阳能集热器 |
| 证监会: | 螺旋流太阳能集热器 |
| EPBT: | 能源投资的回报时间 |
| : | 淡水的数量(公斤/小时) |
| : | 汽化潜热(J /公斤K) |
| : | 环境温度 |
| : | 水的温度。 |
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突,关于这篇文章的出版。