ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG THỰC NGHIỆM ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG TRONG CUNG CẤP NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Tùy vào cách thức đưa lỏng từ phần ngưng tụ về phần bay hơi của ốngnhiệt mà ta có thể phân loại ống nhiệt thành các kiểu sau:a Ống nhiệt trọng trường Gravity heat pipe Hình 1.2: Ống nhiệ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 ỐNG NHIỆT

- Ống nhiệt là một thiết bị trao đổi nhiệt có cấu tạo và nguyên lí hoạt động đơn giản, khảnăng truyền tải nhiệt cao do quá trình truyền nhiệt được thực hiện bằng sự thay đổi pha của môichất

- Cấu tạo và hình dạng của ống nhiệt thường có dạng ống kín hình trụ, bên trong chứamột lượng môi chất làm nhiệm vụ truyền tải nhiệt Các bộ phận của ống nhiệt có thể chia làm baphần chính : phần sôi, phần đoạn nhiệt và phần ngưng tụ

- Các quá trình xảy ra bên trong ống nhiệt khi ống nhiệt hoạt động có thể được biểu diễntrên đồ thị T-s như sau:

Hình 1.1: Các quá trình xảy ra bên trong ống nhiệt.

+ AB: Phần bay hơi của ống nhiệt nhận nhiệt từ nguồn nóng, làm môi chất bêntrong ống nhiệt sôi và bay hơi

+ BC: Hơi môi chất chuyển động từ phần sôi qua phần đoạn nhiệt để đến phần

ngưng Do ma sát nên có sụt giảm áp suất ∆ p nhưng không đáng kể.

+ CD: Hơi ngưng tụ ở phần ngưng của ống nhiệt và nhả nhiệt cho nguồn lạnh

+ DA: Môi chất sau khi ngưng tụ trở về phần bay hơi để tiếp tục thực hiện chutrình bay hơi-ngưng tụ Tùy vào cách thức đưa lỏng từ phần ngưng tụ về phần bay hơi của ốngnhiệt mà ta có thể phân loại ống nhiệt thành các kiểu sau:

a) Ống nhiệt trọng trường (Gravity heat pipe)

Hình 1.2: Ống nhiệt trọng trường

- Ống nhiệt có dạng hình trụ kín có chứa một lượng môi chất bên trong.

Bề mặt trong ống nhiệt có thể nhẵn hoặc được xẻ rãnh để tăng cường hiệu quả truyền nhiệt Dophần ngưng của ống nhiệt đặt cao hơn phần sôi nên môi chất sau khi ngưng tụ sẽ được hồi vềphần sôi dưới tác dụng của lực trọng trường

b) Ống nhiệt mao dẫn (Capillary heat pipe)

Hình 1.3: Ống nhiệt mao dẫn

- Ống nhiệt loại này thường được sử dụng trong môi trường không trọng

lực hoặc trong những trường hợp phần sôi đặt cao hơn phần ngưng Ống nhiệt mao dẫn có cấu

tạo và hình dạng giống như ống nhiệt trọng trường Tuy nhiên bên trong ống có chèn thêm lớpbấc kim loại (metal wick) hoặc có rãnh cực nhỏ (channel) nhằm tạo lực mao dẫn để hồi lỏng từphần ngưng về phần bay hơi

c) Ống nhiệt li tâm (Rotating heat pipe)

Hình 1.4: Ống nhiệt li tâm

- Ống nhiệt li tâm thường được ứng dụng để giải nhiệt cho các chi tiết có chuyển động quay như: roto máy phát điện, các ổ lăn ổ đỡ làm việc với tải lớn Với ống nhiệt loại này thì lực li tâm là tác nhân chính để thực hiện quá trình hồi lỏng về phần sôi

d) Ống nhiệt sử dụng môi chất từ tính (Magnetic fluid heat pipe)

- Ống nhiệt được sử dụng trong môi trường có từ tính Môi chất làm việc

bên trong là loại “magnetic fluid” (loại chất lỏng có chứa kim loại tồn tại dưới dạng phân tử) Dưới tác dụng của từ trường, các hạt kim loại sẽ chuyển động và thực hiện quá trình hồi lỏng về phần sôi

- Ngoài cách phân loại trên còn có các cách phân loại ống nhiệt theo: hình dạng, phạm vi nhiệt độ sử dụng, môi chất nạp trong ống,mục đích sử dụng

- Trong giai đoạn đầu ống nhiệt (ống nhiệt mao dẫn) chỉ được nghiên cứu phục vụ cho các chương trình nghiên cứu không gian Tuy nhiên với các ưu điểm: đơn giản, hiệu quả làm

việc cao nên ống nhiệt (ống nhiệt trọng trường) ngảy càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: kĩ thuật điều hòa không khí, khai thác và sử dụng NLMT, thu hồi nhiệt thải, giải nhiệt cho các linh kiện điện tử…Đặc biệt, các hệ thống nước nóng NLMT sử dụng ống nhiệt đã được phổ biến rộng rãi trên thị trường.

1.2 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.2.1 Hiện trạng sử dụng NLMT trên thế giới:

- Trong thời gian qua, sự sử dụng thái hóa nguồn năng lượng hóa thạch của con người đãkhiến các dạng năng lượng này trở nên cạn kiệt và tạo ra nhiều tác động xấu đến môi trườngsống Bài toán con người đang đối mặt là phải đáp ứng được nhu cầu sử dụng năng lượng ngàycàng gia tăng nhưng phải kiểm soát được vấn đề ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu Khai thác

và sử dụng năng lượng tái tạo thay thế cho các nguồn năng lượng truyền thống đang được xácđịnh là một trong những phương pháp quan trọng để giải quyết bài toán trên Các nguồn nănglượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời đang dần dần cho thấy rõ tiềm năng được

sử dụng phổ biến trong tương lai

- NLMT đã được con người sử dụng từ rất lâu trong đời sống hàng ngày dưới các hìnhthức như: phơi nông sản, chiếu sáng…Hiện tại, NLMT còn được khai thác để phục vụ nhiều lĩnhvực khác: cấp nước nóng, cấp nhiệt cho các quá trình chưng cất nước, làm lạnh, sinh công cơ học

và phát điện Sau đây sẽ trình bày một số ứng dụng phổ biến của NLMT hiện nay

a) Khai thác NLMT để sinh công cơ học: các hệ thống loại này thường sử dụng

các collector dạng tập trung (Concentrating solar collector) như đĩa parabol, parabol dạng máng,gương phản xạ để tạo ra các nguồn nhiệt có nhiệt độ cao Nguồn nhiệt này có thể được sử dụng

để sinh hơi làm quay tuabin trong các nhà máy nhiệt điện hoặc các loại động cơ khác

Hình 1.5: Nguyên lý làm việc nhà máy điện mặt trời sử dụng parabol dạng máng.

b) Pin mặt trời (Solar Photovaltaics): nhờ sử dụng các tế bào quang điện để

biến bức xạ mặt trời thành điện năng Ưu điểm loại này là nhỏ, gọn, đơn giản hơn hệ thống sinhcông cơ học nhưng giá thành mắc vì cần các bộ phận chuyển đổi và hệ thống ắc quy tích trữ điệnnăng (đối với các hệ thống không nối lưới)

Hình 1.6: Nguyên lý làm việc của pin mặt trời.

c) NLMT làm nóng nước: Đây là ứng dụng đơn giản nhất của NLMT mà con

người dễ thực hiện Bằng cách sử dụng các thiết bị thu nhiệt (Collector) , trực tiếp hoặc gián tiếplàm nóng nước Nước sau khi được làm nóng được dự trữ trong bình chứa sau đó đem đi tiêuthụ Nhiệt độ nước nóng cao hay thấp tùy thuộc vào diện tích collector, phương thức trao đổinhiệt và điều kiện địa lý khí hậu tại nơi sử dụng Hệ thống này đáp ứng các nhu cầu nước nóngtrong hộ gia đình hay tại khách sạn và các khu nghỉ dưỡng (các hệ thống có công suất lớn)

Hình 1.7: Nguyên lý hoạt động của hệ thống đun nước nóng bằng NLMT

1.2.2 Hiện trạng sử dụng NLMT tại Việt Nam:

- Theo báo cáo của Bộ Công Thương, hiện nay Việt Nam có 7 dạng NLTT có khả năngkhai thác và sử dụng:

Bảng 1.1 : Hiện trạng NLTT và tiềm năng khai thác tại Việt Nam

- Tuy có tiềm năng nhưng việc khai thác các nguồn NLTT nói trên còn chưa hiệu quả.Nguyên nhân là do thiếu đội ngũ chuyên gia và nhân viên có kỹ thuật, không chủ động trong sảnxuất do phải nhập thiết bị từ nước ngoài, thiếu chính sách hỗ trợ từ phía nhà nước.Cho nên chủyếu ở nước ta, NLMT được sử dụng để cấp nước nóng và phát điện qui mô nhỏ Hệ thống điệnmặt trời phần lớn được lắp đặt tại các hộ gia đình: có công suất nhỏ, không được nối lưới vàphục vụ chiếu sáng trực tiếp Ngược lại, thị trường nước nóng mặt trời lại sôi động hơn với nhiềutín hiệu tích cực nhất là tại TP Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam Số lượng công trình nhà ở lắpđặt máy nước nóng mặt trời tăng đáng kể từ sau năm 1998 vì nhiều ưu điểm của nó: an toàn, tiếtkiệm, giá thành phù hợp, tính cạnh tranh cao so với các hệ thống làm nóng nước truyền thống (sửdụng lò hơi hoặc điện trở để gia nhiệt) Tuy nhiên, các loại collector vẫn chưa được sản xuấttrong nước mà chủ yếu là nhập khẩu từ Trung Quốc Các hệ thống loại này chỉ mới đáp ứng nhucầu sử dụng trong gia đình, chưa đáp ứng được cho các công trình tiêu thụ một lượng nước có

công suất lớn như các nhà hàng khách sạn Do đó, các nghiên cứu về ứng dụng của NLMT đểcấp nước nóng tại Việt Nam cũng cần tiếp tục được triển khai

1.3 HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG MẶT TRỜI

1.3.1 Hệ thống tuần hoàn tự nhiên

Hình 1.8: Hệ thống nước nóng mặt trời tuần hoàn tự nhiên.

- Các hệ thống được sử dụng chủ yếu cho đun nước nóng gia dụng (qui mô nhỏ)

- Hoạt động nhờ sự chênh lệch tỉ trọng của vật chất truyền nhiệt, từ đó gây nên sự đối lưu

tự nhiên giữa chúng Yêu cầu của hệ thống là cần bình chứa cần đặt cao hơn collector

- Ưu điểm: kết cấu đơn giản, không cần động lực bổ sung

- Khuyết điểm: do đun nước nóng ở chế độ chuyển động đối lưu tự nhiên rất chậm nên cóhiện tượng kết tủa cáu nước rất mạnh,cần van xả ngược rửa collector; khó lắp đặt vì phải lắp trênmái nhà nhằm đảm bảo yêu cầu bình chứa đặt cao hơn collector; có sự phân tầng giữa hai lớpnước nóng-lạnh trong bình chứa nên nước nóng khó đạt đến nhiệt độ yêu cầu

1.3.2 Hệ thống tuần hoàn cưỡng bức

Hình 1.9: Hệ thống nước nóng mặt trời tuần hoàn cưỡng bức.

- Hệ thống thường được sử dụng trong các công trình cần công suất lớn, thời gian đáp ứng nhanh

- Là hệ thống có sự tham gia của động lực bên ngoài (bơm) để tuần hoàn vật chất chảyqua bộ trao đổi nhiệt Tín hiệu được sử dụng để điều khiển hoạt động của bơm có thể là chênhlệch nhiệt độ nước vào và ra khỏi collector, nhiệt độ nước ra khỏi collector, hoặc sử dụng các tếbào quang điện được lắp đặt bên cạnh các collector

- Ưu điểm: có sự hòa trộn giữa nước nóng và lạnh; vận tốc cao nên hệ số trao đổi nhiệtlớn; hiệu suất cao; nhiệt độ trung bình tăng nhanh hơn đối lưu tự nhiên

- Khuyết điểm: giá thành đầu tư và chi phí vận hành cao

- Các hệ thống này có thể kết hợp với thiết bị cung cấp nhiệt khác như lò hơi, điện trở,bơm nhiệt…

1.4 PHÂN LOẠI COLLECTOR MẶT TRỜI

- Collect mặt trời là thiết bị thu nhiệt và tích trữ nhiệt từ bức xạ mặt trời rồi truyền cho

chất lỏng công tác ( nước hoặc glycol) Từ đây nhiệt lượng được đem đi sử dụng theo các nhucầu khác nhau như: đun nước nóng, sưởi ấm, phát điện Collector mặt trời hoạt động dựa trênhiệu ứng quang nhiệt

- Nhìn chung collector có ba dạng cơ bản là dạng tấm phẳng, dạng ống thủy tinh chânkhông và dạng ống thủy tinh chân không kết hợp ống nhiệt

1.4.1 Collector tấm phẳng (Flat Plate Solar Collector)

Hình 1.10: Cấu tạo collector tấm phẳng

a) Cấu tạo

+ Bộ hấp thụ:

- Bề mặt hấp thụ : hấp thụ nhanh chóng lượng nhiệt từ bức xạ mặt trời rồitruyền cho chất lỏng công tác đi bên trong ống Trên bề mặt hấp thụ thường được phủ lớp hấpthụ chọn lọc có hệ số hấp thụ với bước sóng ngắn lớn và hệ số bức xạ ngược nhỏ

- Rãnh chất làm việc: dẫn môi chất đi trong collector để nhận nhiệt từ bềmặt hấp thụ Thường có dạng hình ống trụ và được đặt dưới hay trên bề mặt hấp thụ

+ Kính phủ:

-Tác dụng của kính phủ : Lúc đầu kính phủ làm nhiệm vụ cho bức xạ mặt

trời xuyên qua với hệ số τ lớn , sau đó sẽ hạn chế tổn thất nhiệt do đối lưu từ bộ hấp thụ ra môi

trường Vật liệu thông dụng thường sử dụng là kính vì có nhiều ưu điểm: ít bị lão hóa,chịu được

va đập, do đặc tính quang học

- Một collector có thể sử dụng từ 1 đến 3 tấm kính phủ Số lượng kính phủcàng nhiều sẽ giúp giảm tổn thất nhiệt ra môi trường ngoài nhưng đồng thời làm cho hệ số xuyênqua của các tia bức xạ giảm đáng kể và tăng chi phí

+ Lớp cách nhiệt: được đặt dưới đáy và các bề mặt xung quanh của colletor nhằmgiảm tổn thất nhiệt ra môi trường

b) Nguyên lý

- Bức xạ mặt trời chiếu đến đi xuyên qua bề mặt tấm kính và được hấp thụ bởi bềmặt hấp thụ Lượng nhiệt đó được truyền qua lớp kim loại của rãnh rồi truyền đến cho môi chất Nhằm mục đích giảm thất thoát nhiệt do đối lưu nên người ta cần hút chân không khoảng giữatấm kính phủ và bề mặt hấp thụ Tuy nhiên điều này khó thực hiện vì cấu tạo collector có nhiềumối hàn , khó đảm bảo độ chân không lâu dài Để cải thiện sự bất tiện này thì collector ống thủytinh chân không đã ra đời

1.4.2 Collector ống thủy tinh chân không hai lớp (Evacuated-tube Collector)

Hình 1.11: Cấu tạo ống thủy tinh chân không

a) Cấu tạo:

+ Gồm hai ống thủy tinh lồng vào nhau, trên bề mặt ngoài của ống trong đượcphủ lớp hấp thụ chọn lọc Nước được làm nóng sẽ tiếp xúc với ống thủy tinh bên trong Khoảngkhông giữa hai ống được rút chân không đến áp suất khoảng 5.10-3 Pa Do đó tổn thất nhiệt dođối lưu và dẫn nhiệt ra môi trường giảm đáng kể Với dạng collector này khi được sử dụng đunnước nóng thì được kết hợp bồn chứa nước ở phía trên

b) Nguyên lý

+ Tương tự như collector tấm phẳng: BXMT đi xuyên qua ống thủy tinh ngoài,được hấp thụ bởi bề mặt hấp thụ và truyền nhiệt cho nước Quá trình lưu động của nước sẽ xảy ratương tự như collector tấm phẳng

+ Sự khác nhau chủ yếu giữa collector tấm phẳng và ống rút chân không là khảnăng tiếp nhận BXMT tại các thời điểm khác nhau trong ngày Vì hướng của tia BXMT trongngày thay đổi theo thời gian Vào giữa trưa, tia trực xạ thẳng góc với bề mặt collector, cả hai loạiđều tiếp nhận BXMT ở vị trí như nhau Nhưng vào buổi sáng hay chiều, tia trực xạ lệch đi,BXMT không đến bề mặt collector thẳng góc như trước (đối với collector tấm phẳng); nhưng vì

có dạng trụ tròn, collector ống thủy tinh rút chân không vẫn nhận BXMT theo hướng thẳng gócvới bề mặt collector

Hình 1.12: Hướng nhận BXMT theo giờ của collector ống chân không và tấm phẳng.

1.4.3 Ống thủy tinh chân không kết hợp ống nhiệt:

1.4.3.1 Ống thủy tinh hai lớp kết hợp ống nhiệt:

Hình 1.13: Cấu tạo ống thủy tinh hai lớp kết hợp ống nhiệt.

a)Cấu tạo :

+ Gồm ống thủy tinh chân không hai lớp và ống nhiệt trọng trường Bề mặt hấpthụ của ống thủy tinh truyền nhiệt cho ống nhiệt thông qua cánh kim loại có hệ số dẫn nhiệt cao

b)Nguyên lý:

+ Bức xạ mặt trời chiếu đến bề mặt hấp thụ của ống thủy tinh Quá trình truyềnnhiệt được thực hiện từ bề mặt hấp thụ đến cánh kim loại và từ cánh kim loại đến ống nhiệt Môichất nạp trong ống nhiệt nhận nhiệt, sôi và bay hơi đến phần ngưng tụ để giải nhiệt cho chất làmmát (nước hoặc không khí)

1.4.3.2 Ống thủy tinh một lớp kết hợp ống nhiệt:

Hình 1.14: Cấu tạo ống thủy tinh một lớp kết hợp ống nhiệt.

a) Cấu tạo:

+ Gồm ống thủy tinh một lớp bao bên ngoài, ống nhiệt gắn với bề mặt hấp thụ đặtbên trong ống thủy tinh Bề mặt hấp thụ hình gợn sóng và phủ lớp hấp thụ chọn lọc Không gianbên trong ống thủy tinh được hút chân không toàn bộ

b) Nguyên lý:

+ Bức xạ mặt trời đi qua lớp kính và đến bề mặt hấp thụ (gắn với ống nhiệt) Từ

bề mặt hấp thụ truyền nhiệt trực tiếp đến ống nhiệt Môi chất trong ống nhận nhiệt và quá trìnhdiễn ra tương tự như ống thủy tinh hai lớp kết hợp ống nhiệt

+ Qua việc tìm hiểu cấu tạo sơ bộ của hai loại ống trên, xét về hiệu quả truyền

nhiệt thì ống thủy tinh một lớp có hiệu suất cao hơn ống hai lớp vì bề mặt cánh của ống nhiệtnhận nhiệt trực tiếp hơn từ bức xạ mặt trời.Độ chân không của ống một lớp lại nhiều hơn làmgiảm đáng kể tổn thất nhiệt ra môi trường, nhưng đây cũng là một khuyết điểm vì gây khó khăncho việc chế tạo ống Ngoài ra do mối ghép giữa ống nhiệt và ống thủy tinh có thể bị hở vì độ nở

vì nhiệt của chúng là khác nhau Từ đó độ chân không bị giảm sút và ảnh hưởng đến hiệu suấtống

1.5 NHẬN XÉT:

- Nhận thấy collector ống nhiệt kết hợp ống thủy tinh là một sự kết hợp hoàn hảo khikhắc phục được những khuyết điểm của collector tấm phẳng và collector ống thủy tinh rút chânkhông Tuy nhiên giá thành lại khá đắt và loại này còn khá mới lạ trên thị trường nước nóng mặttrời nước ta Tại Việt Nam chỉ có công ty Kenmec Việt Nam (trụ sở tại Quốc Oai Hà Nội) -thuộc tập đoàn Kenmec Đài Loan là đơn vị kinh doanh hệ thống nước nóng NLMT sử dụngcollector ống thủy tinh chân không kết hợp ống nhiệt.

- Từ thực tế thị trường luôn quan tâm đến những sản phẩm mới cho hiệu suất cao, hạ giáthành, thu hút người tiêu dùng

⇒Luận văn mong muốn đạt được:

+ Những nghiên cứu cơ bản về ống nhiệt đặc biệt là ống nhiệt trọng trường

+ Tìm hiểu sâu hơn về hệ thống collector ống chân không kết hợp ống nhiệt thôngqua hai mô hình có sẵn là ống thủy tinh một lớp và hai lớp kết hợp ống nhiệt nhằm xác định :

-Hiệu suất tính toán trên lý thuyết và thực nghiệm của hai mô hình Từ đóđánh giá hiệu quả giữa chúng trong những điều kiện hoạt động khác nhau

-Từ kết quả thực nghiệm, đưa ra mô hình hoạt động phù hợp với collectorống thủy tinh chân không kết hợp ống nhiệt trong điều kiện địa lý khí hậu Việt Nam

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TÍNH TOÁN BỨC XẠ MẶT TRỜI (BXMT)

2.1.1 Thông số xác định vị trí của mặt trời:

- Góc cao độ của mặt trời (Solar Altitude Angle) - α : là góc tạo bởi tia trực xạ và hìnhchiếu của tia trực xạ lên mặt phẳng nằm ngang Phụ thuộc vào thời điểm và địa điểm khảo sát

- Góc lệch của mặt trời (Declination) - δ : là góc tạo bởi tia trực xạ và mặt phẳng xích đạo

của trái đất Góc lệch có giá trị trong khoảng -23,45o đến 23,45o

δ=23,45 sin[360.(284+n)

+ n : số thứ tự ngày trong năm với qui ước lấy n của ngày 1/1 là 1

- Góc giờ của mặt trời (Solar House Angle) - ω : là góc tạo bởi tia trực xạ và đường nối

điểm khảo sát với vị trí cao nhất (thiên đỉnh) của mặt trời trong ngày Gọi thời điểm ứng với lúc

mặt trời ở vị trí cao nhất ngay trên đỉnh đầu là giữa trưa (tính theo vị trí của mặt trời) Vậy bằng

cách lấy giữa trưa làm gốc, nếu thời điểm khảo sát lệch khỏi giữa trưa 1 giờ thì ω có giá trị tương

ứng là 15o Góc giờ mang dấu âm (-) nếu trước giữa trưa và mang dấu dương (+) nếu sau giữa

trưa

- Góc thiên đỉnh của mặt trời (Zenith Angle) - θ z : là góc tạo bởi tia trực xạ và đường

thẳng góc với mặt phẳng nằm ngang tại vị trí khảo sát Do đó: a+θ z=90o, nên:

+ Với: ϕ là vĩ độ tại vị trí khảo sát.

- Góc phương vị của mặt trời (Solar Azimuth Angle) - γ s: là góc hợp bởi hình chiếu của

tia trực xạ lên mặt phẳng nằm ngang và phương Nam

2.1.2 Thông số xác định bề mặt khảo sát:

- Góc phương vị của bề mặt khảo sát (Surface Azimuth Angle) - γ: là góc hợp bởi hình

chiếu lên mặt phẳng nằm ngang của pháp tuyến của bề mặt khảo sát và phương Nam.Góc

phương vị có giá trị bằng 0 nếu bề mặt đặt theo hướng Bắc Nam; có giá trị dương nếu lệch về

bên Tây và giá trị âm nếu lệch về bên Đông so với phương Nam

- Góc tới của tia trực xạ (Angle of Incidence) - θ: là góc hợp bởi tia trực xạ và pháp

tuyến của bề mặt khảo sát

cosθ=sin δ sin ϕ cos β−sin δ cos ϕ sin β cos γ+cos δ cos ϕcos β cos ω+cosδ sin ϕsin β cosγ cosω+cos δ sin β sin γ sin ω (2.3)

2.1.3 Bức xạ mặt trời đến bên ngoài bầu khí quyển

- Lượng bức xạ mặt trời đến một mặt phẳng có diện tích 1m 2 đặt thẳng góc với tia trực

xạ và ở bên ngoài bầu khí quyển.

G on=G SC [1+0,033 cos(360 n

+ Ho (J/m2) : là lượng bức xạ mặt trời đến mặt phẳng nằm ngang có diện tích 1m2

đặt bên ngoài bầu khí quyển trong thời gian 1 ngày

+ a = 3600.180/(15.π) + A =G SC [1+ 0,033.cos(360 n

- Thành phần trực xạ có phương trùng với phương nối từ mặt trời đến điểm khảo sát, khi

đi vào bầu khí quyển bị giảm dần do hiện tượng hấp thụ của các thành phần trong bầu khí quyển

Trái đất.Thành phần khuếch tán xuất hiện do hiện tượng tán xạ khi bức xạ mặt trời đi qua cácphân tử khí có bên trong bầu khí quyển.

- Hottel và Woertz giả sử thành phần khuếch tán phân bố đồng đều trong khắp bầu trời.Giả thiết phù hợp trong trường hợp bầu trời có sương mù , hoặc bị che phủ bởi mây phân bố đềutrong bầu trời Vào những ngày trời trong, hầu hết những tia bức xạ khuếch tán có phương gầngiống với phương của tia trực xạ

- Gọi:

+ I, IT : lượng bức xạ tổng đến bề mặt nằm ngang và đến bề mặt nghiêng đangkhảo sát trong 1 giờ

+ Ib, IbT : thành phần trực xạ đến mặt phẳng nằm ngang và đến bề mặt nghiêngđang khảo sát trong 1 giờ

+ Id, IdT: thành phần khuếch tán đến mặt phẳng nằm ngang và đến bề mặt nghiêngđang khảo sát trong 1 giờ

- Do bên cạnh thành phần khuếch tán bầu trời, người ta còn chú ý đến thành phần phản xạ

do bề mặt đất, thành phần này có giá trị khá đáng kể ở những nơi bề mặt đất bị tuyết phủ

- Theo vậy ta có:

IT = IbRb + Id.(1 + cosβ)/2 + (Id + Ib).ρ.(1 – cosβ)/2 (2.7)

Trong đó :

+ ρ là hệ số phản xạ của mặt đất (Liu và Jordan đề nghị lấy ρ = 0,2 đối với bề mặt đất không có tuyết phủ và lấy ρ = 0,7 đối với bề mặt đất có tuyết phủ ) Trong trường hợp Việt Nam ta lấy ρ = 0,2.

- Kết hợp các biểu thức đã trình bày ở trên ta có:

R = (Ib/I).Rb + (Id/I).(1 + cosβ)/2 +ρ.(1 – cosβ)/2 (2.8)Trong đó :

+β là góc nghiêng của bề mặt nghiêng đang khảo sát

+ (1 + cosβ)/2 : hệ số nhìn bầu trời + (1 - cosβ)/2 : hệ số nhìn mặt đất của bề mặt nghiêng.

- Vào những ngày bầu trời trong sáng ta xem như R = Rb , còn vào những ngày bầu trời bịmây và sương mù ta xem như Rd = 1

- Rõ ràng mức độ khuếch tán và hấp thụ các tia bức xạ mặt trời thay đổi theo thời gian

do trạng thái và đặc điểm của bầu khí quyển không hoàn toàn ổn định, chính vì vậy phải chuẩnhoá khái niệm trong sáng của bầu trời

- Gọi τb là hệ số xuyên qua bầu khí quyển của các tia trực xạ, ta có :

+ Gb là thành phần trực xạ xuyên qua bầu trời có độ trong sáng tiêu chuẩn đến 1

2.2.1.1 Giới hạn sôi (Boiling – Burnout limit )

- Xuất hiện trong quá trình lỏng ngưng tụ chảy về phần sôi Lớp chất lỏng sát vách nhậnnhiệt đầu tiên và xảy ra sôi bọt Khi nguồn nhiệt tiếp tục cung cấp vào quá lớn thì các điểm sôibọt này vỡ ra và chuyển qua chế độ sôi màng Lớp màng ngăn chặn phần nhiệt từ ngoài cấp vàocho vùng chất lỏng bên trong, khiến cho vách dần tăng nhiệt độ lên cao và gây hỏng vách Côngsuất giới hạn ở đây là công suất lớn nhất mà cho môi chất vẫn tồn tại ở dạng sôi bọt

Q s=0,16 r Fis0,5[σ g (ρ n−ρ h)]0,25 (2.11)

+ Với:

Q s : giới hạn sôi của ống nhiệt (W)

ρ n : khối lượng riêng chất lỏng ngưng của môi chất (kg/m3)

ρ n : khối lượng riêng của hơi (kg/m3)

r : nhiệt ẩn hóa hơi của môi chất nạp (J/kg)

F is : diện tích bề mặt trong phần sôi (m2)

F is=π d i l e

σ : sức căng bề mặt của môi chất nạp (N/m)

g : gia tốc trọng trường (m/s2)

2.2.1.2 Giới hạn âm thanh ( Sonic boiling ):

- Ống nhiệt không có dạng ống Laval nên theo lý thuyết nhiệt động , vận tốc hơi của nókhông thể vượt qua tốc độ âm thanh Công suất nhiệt ứng với trường hợp tốc độ hơi bằng với tốc

độ âm thanh ta có giới hạn âm thanh

Q a=A h ρ h r[k R T h

+ Với:

Q a : giới hạn âm thanh của ống nhiệt (W)

A h: tiết diện hơi trong ống (m2)

ρ h : khối lượng riêng của hơi (kg/m3)

r : ẩn nhiệt hóa hơi của môi chất (J/kg)

k : số mũ đoạn nhiệt của hơi.

+ hơi quá nhiệt : k = 1,3

+ hơi bão hòa khô : k = 1,135

+ hơi bão hòa ẩm : k= 1,035+0,1x

T h : nhiệt độ tuyệt đối của hơi (K)

R : hằng số chất khí của hơi (J/kg,K)

2.2.1.3 Giới hạn lôi cuốn ( Entrainment limit):

- Xuất hiện khi lượng nạp lớn, mật độ dòng nhiệt theo phương dọc trục lớn nhưng mật độ

dòng nhiệt theo phương hướng kín nhỏ Khi công suất nhiệt lớn sẽ làm lượng hơi sinh ra nhiều,vận tốc hơi lớn Lực quán tính hơi thắng sức căng bề mặt và lực trọng trường của chất lỏngngưng khiến nó không thể trở về phần bốc hơi được, làm ống nhiệt ngừng hoạt động Giới hạnlôi cuốn chính là công suất lớn nhất mà tác dụng của dòng hơi bắt đầu ảnh hưởng đáng kể đếnlỏng ngưng

Q c=0,64 Ah [ρ n

+ Với:

Q c: giới hạn lôi cuốn của ống nhiệt (W)

A h : tiết diện hơi trong ống (m2)

ρ n : khối lượng riêng của chất lỏng ngưng (kg/m3)

ρ h : khối lượng riêng của hơi (kg/m3)

r : ẩn nhiệt hóa hơi của môi chất (J/kg)

σ : sức căng bề mặt của môi chất nạp (N/m)

g : gia tốc trọng trường (m/s2)

- Giới hạn lôi cuốn luôn có giá trị thấp hơn hai giá trị trên nên cần được tính toán khikiểm tra, chế tạo

2.2.2 Phương thức trao đổi nhiệt :

Bao gồm trao đổi nhiệt khi sôi và trao đổi nhiệt khi ngưng

2.2.2.1 Trao đổi nhiệt khi sôi:

- Xảy ra tại phần được cấp nhiệt của ống nhiệt Cơ chế của sự sôi gồm 4 quá trình chủyếu Đó là sôi đối lưu, sôi bọt, chế độ quá độ và sôi màng

- Xét quá trình sôi xảy ra của nước tại áp suất khí quyển p =1 bar, giải thích trên sự chênh

lệch nhiệt độ ∆ t=t v−t s và mật độ dòng nhiệt q.

+ Với t v : nhiệt độ bề mặt vách được gia nhiệt (oC)

t s: nhiệt độ bão hòa của môi chất (oC)

Hình 2.1: Quá trình sôi của nước tại p = 1 bar

+ ∆ t <5 ℃: Bọt hơi sinh ra lúc đầu không đủ để xáo động mạnh lớp chất lỏng trên

bề mặt vách trong của ống nhiệt Nên quá trình truyền nhiệt chủ yếu là dạng đối lưu tự nhiên của

dòng một pha

+ 5℃<∆ t<22,2 ℃: Số bọt hơi sản xuất ra nhiều, tần số sản xuất bọt hơi lớn, lớp

chất lỏng sát bề mặt vách xáo động mạnh, xảy ra chế độ sôi bọt Tại đây hệ số trao đổi nhiệt lớn

hơn nhiều so với vùng sôi đối lưu

+ 22,2 ℃<∆ t<110℃: ∆ t càng tăng thì số bọt hơi sinh ra rất nhiều, bọt hơi dính

lại liền nhau tạo nên lớp màng phủ trên bề mặt vách Hệ số dẫn nhiệt của hơi bé hơn so với lỏng

nên α giảm, q giảm Là chế độ sôi màng không ổn định.

+∆ t >110 ℃: toàn bộ bề mặt trong của vách ống phủ bởi hơi thì chế độ sôi màng

không ổn định chuyển thành chế độ sôi màng ổn định Ở chế độ này α nhỏ nhưng ∆ t cao, truyền

nhiệt qua màng chủ yếu do bức xạ

- Có nhiều công thức để tính hệ số TĐN khi sôi Ở đây chỉ giới thiệu một công thức điểnhình:

+ Công thức Copper:

α=55 q0,67 P r0,12(−log Pr)−0,55M−0,5(W /m2, K) (2.14)

+ Trong đó: P r=P/ P cr với P là áp suất chất lỏng (bar), P cr là áp suất tới hạn của

môi chất ( môi chất là nước P cr= 220,9 bar )

2.2.2.2 Trao đổi nhiệt khi ngưng:

- Quá trình ngưng xảy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi chất cần làm nóng vànhiệt độ bề mặt trong ống tại phần ngưng Điều kiện cần là trên bề mặt vách trong ống phải cócác tâm ngưng do độ nhám bề mặt Tùy thuộc bề mặt làm lạnh và tính dính ướt của chất lỏng mà

có thể xảy ra hai quá trình ngưng:

+ Ngưng thành màng chất lỏng (ngưng màng)

+ Ngưng thành giọt chất lỏng (ngưng giọt)

- Màng nước ngưng cản tiếp xúc trực tiếp giữa pha hơi và bề mặt vách nên cường độ tỏanhiệt khi ngưng màng thấp hơn ngưng giọt 10-15 lần Cơ chế ngưng màng được giả thiết để tínhtoán các quá trình truyền nhiệt khi ngưng trong các thiết bị trao đổi nhiệt

- Công thức Nusselt (1916):xác định hệ số trao đổi nhiệt khi ngưng tụ của môi chất trên

Γ lc : tốc độ lỏng ngưng tụ rời khỏi bề mặt trao đổi nhiệt.

ℜfL: hệ số Reynold

2.2.3 Thành phần nhiệt trở:

Hình 2.2: Các thành phần nhiệt trở trong ống nhiệt.

+ R1: nhiệt trở nguồn cấp nhiệt với vách ngoài ống tại phần sôi (K/W)

+ R2: nhiệt trở dẫn nhiệt qua vách ống phần sôi (K/W)

+ R3: nhiệt trở chất lỏng sôi trong ống phần sôi (K/W)

+ R4: nhiệt trở chuyển động từ phần sôi đến phần ngưng (K/W)

+ R5: nhiệt trở hơi ngưng tụ trong ống phần ngưng (K/W)

+ R6: nhiệt trở dẫn nhiệt qua vách ống phần ngưng (K/W)

+ R7: nhiệt trở nguồn làm mát với vách ngoài ống tại phần ngưng (K/W)

- Thành phần nhiệt trở được tính toán qua các biểu thức:

+ α s , α n: hệ số tỏa nhiệt khi sôi và ngưng trong ống, (W/m2,K)

+ F es: diện tích mặt ngoài ống tại phần sôi (m2)

+ F en: diện tích mặt ngoài ống tại phần ngưng (m2)

+ F is: diện tích mặt trong ống tại phần sôi (m2)

+ F¿: diện tích mặt trong ống tại phần ngưng (m2)+ de,di : đường kính trong của ống (m)

+Ls : chiều dài ống phần sôi (m)

+Ln : chiều dài ống phần ngưng (m)

+ λ: hệ số dẫn nhiệt của vách ống (W/m,K) + P h , s: áp suất hơi trong phần sôi của ống (N/m2)

+ P h , n: áp suất hơi trong phần ngưng của ống (N/m2)

+ T h: nhiệt độ trung bình của hơi trong ống (K)

+ ρ h: khối lượng riêng của hơi (kg/m3)+ r : nhiệt hóa hơi của môi chất nạp (J/kg)

- Công suất nhiệt toàn bộ:

r- nhiệt ẩn hóa hơi hay ngưng tụ (J/kg)

μ - độ nhớt (Ns/m2)

- Trong điều kiện ổn định có thể coi Q=Qi

2.3 TÍNH TOÁN VỚI COLLECTOR ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG

2.3.1 Tính các tổn thất collector:

Hình 2.3: Sơ đồ mạng nhiệt trở

- Giả sử dòng nhiệt dẫn ổn định, hệ thống ở vị trí cân bằng

Q S=Q U+Q L ( W) (2.26)

Q S : Nhiệt lượng bề mặt hấp thụ nhận được do cường độ BXMT chiếu tới (W)

Q U : Nhiệt lượng có ích truyền cho môi chất làm việc trong ống nhiệt (W)

Q L : Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường ngoài (W)

- Phương trình truyền nhiệt từ bề mặt hấp thụ tổn thất ra môi trường:

Q L=A P U L( ´T p−T a¿ (W) (2.27)

A P: diện tích bề mặt hấp thụ , (m2)

U L: hệ số tổn thất nhiệt tổng của collector, (W/m2,K)

´T p: nhiệt độ trung bình của bề mặt hấp thụ, (K)

T a: nhiệt độ môi trường không khí xung quanh, (K)

U b: hệ số tổn thất nhiệt của collector tại phần ngưng (hộp bảo ôn), (W/

m2,K) Trong điều kiện ổn định và cách nhiệt tốt có thể bỏ qua tổn thất này

α g−a: hệ số trao đổi nhiệt giữa bề mặt ngoài ống thủy tinh và môi trường xung quanh, (W/m2,K)

- Quá trình truyền nhiệt từ bề mặt hấp thụ tổn thất ra ngoài môi trường bao gồm hai quátrình : truyền nhiệt từ bề mặt hấp thụ đến ống thủy tinh và từ ống thủy tinh ra môi trường

- Phương trình truyền nhiệt từ bề mặt hấp thụ tới mặt trong ống thủy tinh:

Q p− g=α p−g A p(T p−T g)(W ) (2.30)

+ Trong hai trường hợp collector ống thủy tinh kết hợp ống nhiệt đều được hútchân không ở trong ống nên bỏ qua tổn thất do đối lưu, chỉ còn lại tổn thất do bức xạ từ tấm hấpthụ đến bề mặt ống Hệ số tổn thất do bức xạ:

Ag : diện tích bề mặt trong ống thủy tinh (m2)

ε p và ε g : độ đen bề mặt tấm hấp thụ và tấm thủy tinh, không thứ nguyên

Ap : diện tích bề mặt hấp thụ ( m2) ( diện tích trao đổi nhiệt bức xạ gấp đôi

vì trao đổi nhiệt 2 phía)

- Phương trình truyền nhiệt từ bề mặt ống thủy tinh ra môi trường ngoài:

α ω: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu, ¿ ¿

α r , ca: hệ số tuyến tính giúp lượng hóa cường độ trao đổi nhiệt bằng bức xạ giữa bề mặt kính nhiệt

độ Tg và bầu trời có nhiệt độ hiệu dụng Ts

A g 1 là diện tích bề mặt ngoài ống thủy tinh (m2)

+ Hình thức đối lưu ta chọn trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức

- Những công thức liên quan tính toán hệ số TĐN đối lưu:

- Công thức trên chưa tính đến ảnh hưởng của đối lưu tự nhiên

b) Công thức McAdams và Jurges :

α ω : W/m2,K

V : m/s

- Giá trị α trên đã bao gồm ảnh hưởng của đối lưu tự nhiên và bức xạ.

c) Công thức Watmuff: chỉ xét ảnh hưởng của gió

- Hiệu suất collector được xác định : năng lượng hữu ích mà nước nóng nhận được chiacho tổng năng lượng mà collector nhận được.

- Dùng phương pháp tính trao đổi nhiệt giữa phần ngưng và nước nhận nhiệt

+ Tính trong trường hợp đối lưu tự nhiên trong không gian rộng

+ Giả sử giá trị tf bằng một số bất kì Tính ra nhiệt độ trung bình tm=0,5(tc+tf)

- Với : tc : nhiệt độ bề mặt ngưng tụ (oC)

tf : nhiệt độ môi chất (oC)+Từ giá trị tm ta tra bảng thông số vật lí của nước trên đường bão hòa tìm ra các

Bảng 2.1: Chọn thông số C và n theo tiêu chuẩn Ra

+ So sánh hai giá trị α và α ' Tính lặp cho đến khi α ≈ α ' Chọn giá trị tf

CHƯƠNG 3:MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHÁC LIÊN QUAN ĐẾN ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG

3.1 VẬT LIỆU LÀM ỐNG

- Cách chọn vật liệu dựa trên một vài yếu tố:

+Tính tương thích với chất lỏng làm việc

+Tính dẫn nhiệt

+Dễ chế tạo ( như hàn, cắt , uốn)

- Khi xảy ra sự không tương thích giữa vật liệu làm ống và môi chất làm việc , trong ốngbắt đầu xuất hiện sự ăn mòn và khí không ngưng được sinh ra thông qua các phản ứng giữachúng Kết quả của việc ăn mòn này là vật liệu bị hòa tan trong ống, tạo nên các lỗ đen Khíkhông ngưng bay lên phần ngưng tụ , khi tụ tập nơi phần ngưng sẽ làm trở ngại hoạt động củaống, giảm sự truyền nhiệt ra ngoài và ngăn lỏng trở về phần sôi

- Sự phù hợp của một số môi chất và vật liệu làm ống: Thép không rỉ được sử dụng vớimôi chất là acetone, amonia, kim loại lỏng Tuy nhiên do khuyết điểm của thép là dẫn nhiệt kémnên vật liệu thông dụng thường là đồng

3.2 MÔI CHÁT NẠP

- Chọn môi chất nạp dựa trên nhiều yếu tố như : nhiệt độ làm việc của môi chất; tính phù

hợp với vật liệu làm ống; các tính chất vật lý , hóa học; áp suất bão hòa hơi trong ống

Bảng 3.1: Chọn môi chất dựa trên nhiệt độ làm việc t lv =0,5(t is +t in )=0,5(t es +t en )[ CITATION Bùi08 \l

Bảng 3.2: Chọn môi chất phù hợp với vật liệu làm ống[ CITATION Bùi08 \l 1033 ]

Môi chất nạp Vật liệu làm ống nhiệt

Những tính chất vật lý, hóa học của môi chất ảnh hưởng đến việc chọn môi chất nạp:

+ Ẩn nhiệt hóa hơi r

+ Độ nhớt μ.

+ Hệ số dẫn nhiệt λ + Khối lượng riêng ρ

+ Độ tinh khiết và không độc

- Nước thuần khiết là môi chất được sử dụng nhiều vì có cường độ tỏa nhiệt cao và ẩnnhiệt hóa hơi lớn.

- Ngoài ra thì áp suất bão hòa của hơi ứng với khoảng nhiệt độ làm việc của ống cũng ảnhhưởng đến việc chọn môi chất Chọn môi chất có p bão hòa thấp giúp vận tốc hơi không lớn , do

độ chênh nhiệt độ cao sẽ gây cản trở lỏng về phần ngưng và giúp tránh sử dụng ống nhiệt váchdày Tuy nhiên p quá bé sẽ làm cho không khí ngoài dễ lọt vào ống

- Lượng nạp tối ưu ξ t ư ứng với công suất nhiệt trong lớn nhất của môi chất

- Bên cạnh khái niệm lượng nạp tối ưu, mỗi ống nhiệt cần xác định đến lượng nạp tối

thiểu ξ min Nếu nạp vào thấp hơn lượng này thì trong ống nhiệt sẽ xuất hiện hiện tượng “dry out”.Tức là lượng lỏng nạp vào không đủ để lấy đủ nguồn nhiệt bên ngoài Khiến cho bề mặt trongống tại phần sôi bị khô, nhiệt độ tăng lên gây hỏng ống

- Trong một tài liệu khác của tác giả Bezrodny và Alekseenko cho rằng nên nạp vào ítnhất 50% thể tích phần sôi của ống nhiệt Đồng thời cũng đưa ra công thức sau:

V1>0,001 D(l e+l a+l c) ( m3

¿ (2.45)+ Với :

- D là đường kính trong của ống (m)

- le là chiều dài phần sôi của ống (m)

- la là chiều dài phần đoạn nhiệt của ống (m)

- lc là chiều dài phần ngưng của ống (m)

3.4 GÓC NGHIÊNG

- Góc nghiêng của ống nhiệt β được xác định tổng hợp trên hai yếu tố: vị trí cho BXMT

đến ống nhiệt lớn nhất và vị trí mà ống nhiệt có công suất nhiệt lớn nhất

+ Ảnh hưởng của góc nghiêng đến lượng BXMT nhận được lớn nhất được: theotài liệu [ CITATION HOÀ12 \l 1033 ], giá trị góc nghiêng tối ưu của các collector nên được chọnbằng vĩ độ tại vị trí lắp đặt cộng thêm 10o

+ Ảnh hưởng của góc nghiêng đến công suất nhiệt lớn nhất được xác định theocác nghiên cứu của H – Nguyen Chi [ CITATION HNg81 \l 1033 ] và Terdtoon, P et al được trìnhbày trong tài liệu [ CITATION Dav06 \l 1033 ]

- Theo H – Nguyen Chi, ảnh hưởng của góc nghiêng đến hoạt động củaống nhiệt được thể hiện như sau:

Qmax_t = Qmax_v.f(β)) (2.46)

Trong đó:

f ( β )=(180β +√sin 2 β)0,65 (2.47)

Qmax_t: công suất nhiệt cực đại của ống nhiệt khi nằm nghiêng (W)

Qmax_v: công suất nhiệt cực đại của ống nhiệt thẳng đứng (W)

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN COLLECTOR ỐNG THỦY TINH CHÂN KHÔNG KẾT HỢP ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG

cosθ z=¿cosδ cos ϕ cos ω+sin δ sin ϕ¿

cosθ z=¿cos(−14,43o) cos(10,75 o) cos(−15 o)+sin(−14,43o).sin (10,75 o)=0,8726¿

- Trong đó:

+ a0 = 0,95.a0s = 0,122645+ Với:

a0s = 0,4237 - 0,00821.(6 -A)2

= 0,4237 - 0,00821.(6 - 0,01 )2

= 0,1291

+ a1 = 0,98.a1s = 0,740978+ Với:

a1s = 0,5055 + 0,00595.(6,5 -A)2

= 0,5055 + 0,00595.(6,5 - 0,01 )2

= 0,7561+ k = 1,02.ks = 0,394026+ Với:

ks = 0,2711+0,01858.(2,5 – A)2

= 0,2711+0,01858.(2,5 – 0,01)2

= 0,3863+ Hệ số khuếch tán qua bầu khí quyển:

τ d=G d/G o=0,271−0,2939 τb=0,0963

+ Góc tới của tia trực xạ:

cosθ=sinδ sinϕ cosβ−sinδ cosϕ sinβ cosγ +cosδ cosϕ cosβ cosω+cosδ sinϕ sinβ cosγ cosω+cosδ sinβ sinγ sinω

cosθ=sinδ sinϕ cosβ−sinδ cosϕ sinβ +cosδ cosϕ cosβ cosω+ cosδ sinϕ sinβ cosω

+ Cường độ bức xạ tổng đến 1 m2 bề mặt nằm ngang trong điều kiện bầu trời đạt độ trong

sáng tiêu chuẩn, thành phần trực xạ và khuếch tán:

Hình 4.1 : Sơ đồ khối tính hiệu suất làm việc của collector

4.2.1 Ống thủy tinh chân không một lớp kết hợp ống nhiệt (Collector B)

2 0,0312080,098 (

10,75−1)

⟹ α p−g=¿ 1,306 (W/m2, K)Nhận Ut ở bước 3

Tính hiệu suất

- Hệ số tổn thất do đối lưu và bức xạ từ bề mặt kính ra môi trường:

+ Ta chọn công thức Watmuff: ( đã bao gồm ảnh hưởng của đối lưu tự nhiên vàbức xạ)

η=0,89.0,88−1,148.313−303

903,61 =77,05 % = 0,7705

- Tính trao đổi nhiệt giữa phần ngưng của ống với nước:

)2 =9,7626 105+ Tiêu chuẩn Rayleigh:

Ra m=(Gr Pr) m=9,7625.105.4,6153=45,06.105

Chọn C = 0,54 và n =1

4+ Tiêu chuẩn Nusselt:

F=πdL=3,14.0,014 0,06=2,64.10−3m2

⇒ α=1172¿

+ Sai số : 1172−1120,13381172 100 %=4,4 %

Chọn t f=34,5℃

- Tính lặp với giá trị tp khác nhau, với giá trị BXMT không đổi: G = 903,61W/m2; t a=

30oC Ta được bảng kết quả sau:

Bảng 4.1: Kết quả tính toán lý thuyết với collector B.

G