Литвинов Данил Николаевич - студент 5 курса кафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии.
Ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002, тел.: +79024494468
Litvinov Danil Nikolaevich - 5th year student at Ural Federal University, Department of Nuclear Power Pl. ants and Renewable Energy Sources.
19 Mira St., Yekaterinburg 620002, tel.: +79024494468
Костарев Вячеслав Сергеевич - студент 6 курса кафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии.
Ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002, тел.: +79024494468
Kostarev Vyacheslav Sergeevich - 5th year student at Ural Federal University, Department of Nuclear Power Plants and Renewable Energy Sources.
19 Mira St., Yekaterinburg 620002, tel.: +79024494468
Климова Виктория Андреевна - старший преподаватель кафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии».
Ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002, тел.: +79024494468
Klimova Viktoria Andreevna - Senior lecturer at Ural Federal University, Department of Nuclear Power Plants and Renewable Energy Sources
19 Mira St., Yekaterinburg 620002, tel.: +79024494468
Велькин Владимир Иванович - профессор Уральского Федерального Университета, кафедра атомных станций и возобновляемых источников энергии, Россия; профессор кафедры, зам руководителя научной лаборатории «Евроазиатский центр возобновляемой энергетики и энергосбережения»
Ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002, тел.: +79024494468
Velkin Vladimir Ivanovich - Information about the author: Professor of the Ural Federal University, Department of nuclear power plants and renewable energy sources, Russia; Professor of the Department, Deputy head of the scientific laboratory "Euro-Asian center for renewable energy and energy saving".
19 Mira St., Yekaterinburg 620002, tel.: +79024494468
В данной работе описан теплогидравлический анализ плоского солнечного коллектора при помощи CFD-моделирования с целью изучения влияния погодных условий (скорость ветра) на эффективность работы коллектора. Моделирование проводится в CFD Solidworks Flow Simulation с использованием штатных средств моделирования солнечного излучения и с учетом влияния ветра. Итогом работы являются зависимости перепада температур теплоносителя на входе и выходе из коллектора от времени работы при разных значениях скорости ветра.
Моделирование работы плоского солнечного коллектора проводилось под воздействием солнечного облучения в диапазоне от 149Вт/м2до 1019 Вт/м2, что соответствует минимальному и максимальному солнечному лучевому тепловому потоку в городе Москва. Рассматривалось воздействие ветра в диапазоне скоростей от 0 до 4 м/с, также наиболее характерных для Москвы. При увеличении скорости ветра до 4 метров в секунду зафиксировано падение перепада температуры на 26,46% относительно безветренной погоды. Под воздействием ветра средний по внешней поверхности солнечного коллектора коэффициент теплоотдачи менялся в диапазоне от 5,172 Вт/м2К до 11,571 Вт/м2К.
Полученные результаты показывают, что наличие ветра существенно влияет на эффективность преобразования солнечной энергии в тепловую, поэтому при выборе места установки солнечного коллектора нужно учитывать не только угол падения солнечного излучения, но и розу ветров.
Стохастичность ветрового потенциала и солнечной инсоляции могут быть учтены при проектировании конструкции и монтаже СК на конкретном объекте. Приведенные результаты исследований позволяют утверждать о повышении КПД на 8-12% при выполнении дополнительных мероприятий по ветровой защите плоских коллекторов.
The paper presents thermal and hydraulic analysis of a flat solar collector using CFD-simulation in order to study the influence of the weather conditions (wind velocity) on the collector operation efficiency. Simulation was made with CFD Solidworks Flow Simulation using standard tools of solar radiation simulation and considering the effect of wind. The result obtained is the dependence of the heat carrier temperature difference at the collector inlet and outlet on the operating time for the different values of wind velocity.
Modeling the operation of a flat solar collector was carried out under the influence of solar irradiation in the range from 149 W / m2 to 1019 W / m2, which corresponds to the minimum and maximum solar radiant heat flux in the city of Moscow. The impact of the wind in the speed range from 0 to 4 m / s, also most typical for Moscow, was considered. With an increase in the wind speed to 4 meters per second, a drop in temperature drop by 26.46% was recorded relative to calm weather. Under the influence of wind, the heat transfer coefficient averaged over the outer surface of the solar collector varied in the range from 5.172 W / m2 K to 11.571 W / m2 K.
The results obtained show that the presence of wind significantly affects the efficiency of converting solar energy into thermal energy, therefore, when choosing a place for installing a solar collector, it is necessary to take into account not only the angle of incidence of solar radiation, but also the wind rose.
The stochasticity of the wind potential and solar insolation can be taken into account when designing the structure and installing the SC at a specific object. The above research results allow us to assert an increase in efficiency by 812% when performing additional. wind protection measures for flat collectors.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.