ВходРегистрация
(812) 409 53 64
Некоммерческое партнерство
Санкт-Петербургский
университетский
консорциум
университетский
консорциум
Основной целью данной статьи является разработка процедуры аналитического моделирования процессов теплопередачи как для ламинарного, так и для турбулентного потока с поверхности вакуумированных трубчатых солнечных коллекторов (ЭТСК) и фотоэлектрических (ФЭ) панелей, установленных на земле под углом наклона от 0 до 90 градусов. На основе экспериментальных и численных данных, представленных в литературе, о наклонных цилиндрах и пластинах с помощью фундаментального безразмерного числа для естественной конвекции были разработаны соответствующие корреляции для теплопередачи. Предложенные корреляции охватывают весь диапазон изменения числа Прандтля и применяются для определения коэффициентов теплопередачи при естественной конвекции с поверхности ЭTСK и ФЭ панелей в воздушной среде. Также принимаются во внимание влияние солнечной радиации и радиационные тепловые потери с наружных поверхностей ЭTСK и ФЭ панелей. Метод конечных элементов (МКЭ) и полученные экспериментальные результаты используются для обоснования аналитических процедур. Все расчеты теплопередачи на основе МКЭ выполнены с помощью модуля COMSOL Heat Transfer Module.
Ключевые слова: аналитическая модель, ЭTСK, теплопередача, естественная конвекция, численная модель, ФЭ панель, угол наклона.
REFERENCES
1. Al-Mohamad, A. Effi ciency improvements of photo-voltaic panels using a suntracking
system. Applied Energy, 2004, Vol. 79, Iss. 3, pp. 345−354.
2. Armstrong, S., & Hurley, W.G. A thermal model for photovoltaic panels
under varying atmospheric conditions. Applied Thermal Engineering, 2010, Vol. 30,
Iss. 11–12, pp. 1488−1495.
3. Arpaci, V.S., Selamet, A., & Kao, S.-H. Introduction to heat transfer. 2000, NJ,
USA: Prentice Hall.
4. Churchill, S.W., & Chu, H.H.S. Correlating equations for laminar and turbulent
free convection from a horizontal cylinder. International Journal of Heat and Mass
Transfer, 1975, Vol. 18, No. 9, 1049−1053.
5. Churchill, S.W., & Chu, H.H.S. Correlating equations for laminar and turbulent
free convection from a vertical plate. International Journal of Heat and Mass Transfer,
1975, Vol. 18, No. 11, 1323−1329.
6. Corcione, M., Habib, E., & Campo, A. Natural convection from inclined plates
to gases and liquids when both sides are uniformly heated at the same temperature.
International Journal of Thermal Sciences, 2011, Vol. 50, No. 8, pp. 1405−1416.
7. CSN EN 12975-1+A1, Thermal solar systems and components — Solar
Collectors — Part 1: General Requirements. 2010, European committee for
standardization.
8. CSN EN 12975-2, Thermal solar systems and components — Solar Collectors –
Part 2: Test methods. 2006, European committee for standardization.
9. Date, A., Singh, R., Date, A., & Akbarzadeh, A. Cooling of solar cells by chimneyinduced
natural draft of air. In Solar2010, the 48th AuSES Annual Conference, 2010,
Canberra, ACT, Australia.
10. Fujii, T., & Imura, H. Natural convection from a plate with arbitrary inclination.
International Journal of Heat and Mass Transfer, 1972, Vol. 15, No. 4, pp. 755−764.
11. Heo, J.-H., Chung, B.-J. Natural convection heat transfer on the outer surface of
inclined cylinders. Chemical Engineering Science, 2012, Vol. 73, 366−372.
12. Hussein, H.M.S., Ahmad, G.E., & El-Ghetany, H.H. Performance evaluation of
photovoltaic modules at different tilt angles and orientations. Energy Conversion and
Management, 2004, Vol. 45, Iss. 15–16, pp. 2441−2452.
13. Incropera, F.P., DeWitt, D.P., Bergman, T.L., & Lavine, A.S. Fundamentals of
heat and mass transfer (6th ed.). 2007, NY, USA: John Wiley & Sons Inc.
14. King, D.L., Boyson, W.E., & Kratochvill, J.A. Photovoltaic array performance
model (Rep. SAND2004-3535). 2004, Photovoltaic System R&D Department, Sandia
National Laboratories.
15. Klimenta, D., Perović, B., Klimenta, J., & Jevtić, M. Passive cooling of PV
panels: The case of PV panels and solar chimneys integrated in the roof of a family
house. In Proceedings of XIII International Scientific-Professional Symposium
INFOTEH — Jahorina, 2014, Vol. 13.
16. Lim, C.-K., Heo, J.-H., & Chung, B.-J. Natural convection heat transfer on
inclined plates. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B, 2011,
Vol. 35, No. 7, pp. 701−708.
17. Lin, M.-H., & Chen, C.-T. Numerical study of thermal instability in mixed
convection fl ow over horizontal and inclined surfaces. International Journal of Heat
and Mass Transfer, 2002, Vol. 45, No. 8, pp. 1595−1603.
18. McAdams, W.H. Heat transmission. 1954, NY, USA: McGraw-Hill.
19. Pluta, Z. Evacuated tubular or classical fl at plate solar collectors? Journal of
Power Technologies, 2011, 91(3), 158−164.
20. Raithby, G.D., & Hollands, K.G.T. Natural convection. In Rohsenaw, W.M.,
Hartnett, J.P., Cho, Y.I. Handbook of heat transfer (3rd ed.). 1998, NY, USA: McGraw-
Hill.
21. Tang, R., Gao, W., Yu, Y., & Chen, H. Optimal tilt-angles of all-glass evacuated
tube solar collectors. Energy, 2009, Vol. 34, Iss. 9, pp. 1387−1395.
22. Thermal use of solar energy: Solar thermal systems and components, SOLTRAIN
Training Course for Experts & Professionals. 2009. Austria: AEE — Institute for
Sustainable Technologies, pp. 32−33.
23. Tonui, J.K., & Tripanagnostopoulos, Y. Improved PV/T solar collectors with
heat extraction by forced or natural air circulation. Renewable Energy, 2007, Vol. 32,
Iss. 4, pp. 623−637.
24. Turgut, O., & Onur, N. Three dimensional numerical and experimental study of
forced convection heat transfer on solar collector surface. International Communications
in Heat and Mass Transfer, 2009, Vol. 36, Iss. 3, pp. 74−279.
25. Warneford, I.P. Natural convection from an inclined fl at plate (Doctoral thesis,
University of Nottingham, Nottingham, UK). 1975.
26. Warner, C.Y., & Arpaci, V.S. An experimental investigation of turbulent natural
convection in air at low pressure along a vertical heated fl at plate. International Journal
of Heat and Mass Transfer, 1968, Vol. 11, No. 3, pp. 397−406.
27. Wei, J.J., Yu, B., Wang, H.S., & Tao, W.Q. Numerical study of simultaneous
natural convection heat transfer from both surfaces of a uniformly heated thin plate with
arbitrary inclination. Heat and Mass Transfer, 2002, Vol. 38, No. 4–5, pp. 309−317.
28. Wu, S.-Y., Xiao, L., & Li, Y.-R. Effect of aperture position and size on natural
convection heat loss of a solar heat-pipe receiver. Applied Thermal Engineering, 2011,
Vol. 31, Iss. 14–15, pp. 2787−2796.
29. Zambolin, E., & Del Col, D. Experimental analysis of thermal performance of
fl at plate and evacuated tube solar collectors in stationary standard and daily conditions.
Solar Energy, 2010, Vol. 84, Iss. 8, pp. 1382−1396.
