Trong nghiên cứu này, các tính chất nhiệt động của bộ thu được sử dụng phần mềm COMSOL Multiphysics để đánh giá so sánh giữa kết quả lý thuyết và thực nghiệm.
Hình 2.13 Mô phỏngảnh hưởng của kích thước hình học sóng cánh đến phân bố dòng không khí
Hình 2.13 thể hiện kết quả mô phỏng sự ảnh hưởng của kích thước sóng đến phân bố dòng không khí bên trong bộ thu tấm phẳng năng lượng mặt trời. Các dạng dòng chảy trong bộ thu ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt độ đáng kể. Khi tăng kích thước chiều dài cung cánh thì dòng khí hình thành các xoáy khí được thể hiện ở hình 2.13.
36
Hình 2.14 thể hiện sự phân bố nhiệt độ dòng khí của bộ thu tấm phẳng khi có cánh sóng dọc bên trong. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng khi dòng khí ở đầu vào bộ thu có nhiệt độ thấp, càng đi lên phía trên nhiệt độ dòng khí tăng dần do dòng khí tiếp tục nhận nhiệt từ bộ thu cũng như từ chính các cánh sóng dọc.
Hình 2.15 Ảnh hưởng của cưởng độ bức xạ năng lượng mặt trời đến nhiệt độ đầu ra của bộ thu.
Hình 2.15 trình bày mối quan hệ giữa cường độ bức xạ và nhiệt độ đầu ra của bộ thu. Kết quả thực nghiệm và mô phỏng. Kết quả thực nghiệm và mô phỏng cho thấy rằng nhiệt độ của dòng không khí tăng dần từ khoảng 40 oC vào lúc bắt đầu thí nghiệm đến nhiệt độ cao nhất 80 oC lúc 12h30 sau đó giảm dần vào buổi chiều. Điều này là do buổi sáng cường độ bức xạ mặt trời tăng dần dẫn đến tăng nhiệt độ tấm hấp thụ trong khi buổi chiều nhiệt độ tấm hấp thụ giảm dần do cường độ bức xạ giảm. Sự sai số giưa thực nghiệm và mô phỏng dao động trong khoảng 1 oC ÷2 oC.
37
Hình 2.16Phân bố nhiệt độ không khí trong các kênh
Hình 2.16 thể hiện sự phân bố không khí qua các kênh. Bộ thu không khí năng lượng mặt trời cánh sóng dọc bố trí 7 cánh sóng dọc chia đều thành 8 kênh dẫn không khí. Không khí qua bộ gom không khí trước khi vào các kênh dẫn để phân bố lưu lượng không khí di chuyển đều trong các kênh nhằm mục đích tận dụng tối đa bề mặt trao đổi nhiệt với tấm hấp thụ để nâng cao hiệu quả thu hồi nhiệt bộ thu. Kết quả thực nghiệm được thể hiện trong hình 2.16 chỉ ra rằng nhiệt độ không khí trong các kênh dẫn tương đối đồng đều và nhiệt độ tăng dần từ đầu đến kênh đến cuối kênh trước khi không khí ra khỏi bộ thu. Điều này chứng tỏ rằng không khí vào bộ gom phân phối không khí đều trong các kênh, dẫn đến nhiệt độ đồng đều từ kênh dẫn 1 cho đến kênh dẫn 8.
38
Hình 2.17Quan hệ giữa tỉ lệ cung cánh và bước cánh đến hiệu suất bộ thu
Hình 2.17 thể hiện mối quan hệ giữa tỉ lệ cung cánh và bước cánh đến hiệu suất bộ thu. Từ đồ thị cho thấy khi tỉ lệ cung cánh và bước sóng cánh tăng dần từ 1 đến 1.182 thì hiệu suất cũn tăng dần và đạt giá trị lớn nhất là 67% tại tỉ lệ 1.182, khi tỉ lệ cung cánh và bước sóng tiếp tục tăng thì hiệu suất giảm. Điều này là do khi tỉ lệ cung cánh và bước sóng lớn hơn 1.182 thì thời gian lưu lại tại các cung lớn, tổn thất áp suất lớn và hiệu quả trao đổi nhiệt giảm. Với trường hợp kích thước bước sóng cánh là λ = 178mm, chiều dài cung cánh là L = 210.40 mm, bán kính cánh là R = 50mm tương ứng hiệu suất bộ thu không khí năng lượng mặt trời cánh sóng dọc bên trong đạt được giá trị lớn nhất so với các trường hợp còn lại.
39
Hình 2.18 Ảnh hưởng của chiều cao cánh đến hiệu suất thu hồi nhiệt bộ thu cánh sóng dọc
Hình 2.18 thể hiện mối quan hệ của chiều cao cánh đến hiệu suất thu hồi nhiệt bộ thu cánh sóng dọc. Từ kết quả thực nghiệm như hình 2.18 cho ta thấy rằng khi chiều cao cánh sóng dọc tăng lên từ 10mm đến 50mm thì hiệu suất của bộ thu tăng dần từ 40% đến gần 70% sau đó giảm dần khi chiều cao cánh tiếp tục tăng lớn hơn 50mm. Điều này có thể giải thích rằng khi chiều cao cánh sóng dọc bằng với độ dày khe không khí dẫn đến lớp không khí phía trên trong các kênh dẫn tiếp xúc với mặt kính bên dưới với cường độ đều hơn, đó nguyên nhân chính dẫn tổn thất nhiệt đối lưu giữa không khí và tấm kính ra môi trường bên ngoài. Nhưng nếu chiều cao cánh sóng dọc quá thấp thì các cánh không đủ kích thước để chia đều dòng không khí di chuyển trong bộ thu cũng như khả năng tạo chảy rối không khí dẫn đến trao đổi nhiệt đối lưu kém hiệu quả giữa không khí và bộ thu.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 10 20 30 40 50 60 70 H iệ u su ất % chiều cao cánh mm Hiệu suất %
40
Hình 2.19 Ảnh hưởng số lượng cánh và lưu lượng không khí đến hiệu suất thu hồi nhiệt của bộ thu cánh sóng dọc
Hình 2.19 thể hiện sự ảnh hưởng số lượng cánh và lưu lượng đến hiệu suất thu hồi nhiệt của bộ thu cánh sóng dọc. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng hiệu suất bộ thu cao nhất khoảng 67% tương ứng với lưu lượng không khí qua bộ thu là 0.025 (kg/s) và số cánh sóng dọc bên trong bộ thu là 7 cánh. Khi lưu lượng không khí qua bộ thu nhỏ hơn 0.025 (kg/s) thì nhiệt độ không khí tăng nhanh dẫn đến hiệu quả trao đổi nhiệt thấp. Tuy nhiên khi lưu lượng không khí lớn hơn 0.025 (kg/s) dẫn đến tổn thất do dòng chảy rối tại các cung cánh. Trường hợp số lượng cánh bố trí trong bộ thu càng ít thì số lượng các kênh dẫn không khí giảm đi dẫn đến khả năng phân phối không khí không đều trong bộ thu, khả năng tạo rối thấp và không tận dụng tối đa diện tích trao đổi nhiệt giữa không khí và bề mặt tấm hấp thụ. Vì vậy trao đổi nhiệt đối lưu giữa không khí và cánh sóng và tấm hấp thụ giảm, đó cũng là nguyên nhân dẫn đến tổn thất bức xạ. Ngược lại bố trí nhiều cánh trong bộ thu sẽ cản trở sự hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời cũng sẽ dẫn đến hiệu suất bộ thu thấp. 3 4 5 6 7 8 9 10 35 40 45 50 55 60 65 70 Hiệu suất(%)
Số lượng cánh bố trí trong bộ thu 0.027(kg/s)
0.025(kg/s) 0.02(kg/s) 0.015(kg/s) 0.01(kg/s)
41
PHẦN 3: KẾT LUẬN