Использование CFD-моделирования для анализа влияния инсоляции на эффективность работы солнечных коллекторов

Солнечная энергия является альтернативным ископаемому топливу источником электрической и тепловой энергии. Самое простое применение солнечной энергии – это преобразование солнечного излучения в тепло. По данному принципу устроены солнечные коллекторы, которые преобразуют солнечное излучение в тепло, передавая его воде или низкокипящему теплоносителю для нагрева воды в теплообменнике. Плоские солнечные коллекторы обладают низкой стоимостью и используются для бытовых и промышленных целей. Они преобразуют солнечную энергию при помощи абсорберов, обволакивающих трубки с теплоносителем и передающих ему тепло. Такой коллектор неприхотлив в обслуживании и прост по конструкции. В данной работе проводится теплогидравлический расчет плоского солнечного коллектора при помощи CFD с целью анализа процессов теплопередачи между абсорбером перьевого типа и водой. Моделирование проводится в CFD Solidworks Flow Simulation с использованием штатных средств моделирования солнечного излучения. Итогом работы являются полученные картины потоков теплоносителя внутри коллектора, а также графики распределения температуры и падающего теплового лучистого (солнечного) потока по времени. Результаты расчетов аппроксимировались и продемонстрировали высокий уровень соответствия (в пределах 10-12 %) с характеристиками, полученными в ходе натурных экспериментов. Последнее свидетельствует о достоверности выбранной математической модели солнечного коллектора и методики расчетов.

1. REN21. 2019. Renewables 2019 Global Status Report (Paris: REN21 Secretariat).

2. Бутузов В. А. Гелиоустановки Краснодарского края / В. А. Бутузов, Е. В. Брянцева, И. С. Гнатюк // Промышленная энергетика. 2011. №7. C. 45– 47.

3. German Aerospace Centre (DLR), 2007, «Aqua-CSP:Concentrating Solar Power for Seawater Desalination».

4. Калашян М. С. Экспериментальный жилой дом с системой солнечного теплоснабжения в пос. Мерцаван Арм. ССР / М. С. Калашян, О. С. Попель, Э. Э. Шпильрайн // Гелиотехника. 1986. №3. С. 66– 71.

5. Бутузов В. А. Повышение эффективности систем теплоснабжения на основе возобновляемых источников энергии: дис. на соискание уч. ст. д. т. н. / В. А. Бутузов. М. : ВИЭСХ, 2004, 297 с.

6. Helind LLC – Your energy alternative [Электронный ресурс]. –Режим доступа : https://helind.com/, свободный. – 15.04.2020.

7. Амерханов Р. А., Бутузов В. А., Гарькавый К. А. Вопросы теории и инновационных решений при использовании гелиоэнергетических систем. – М.: Энергоатомиздат, – 2009, 504 с.

8. Харченко, Н.В. Индивидуальные солнечные установки / Н.В. Харченко. – М.: Энергоиздат, 1991. – 27 с.

9. Данилов В. С., Коржавин С., Щеклеин С. Е., Велькин В. И. Экспериментальное исследование эффективности комбинированной системы солнечной теплогенерации // Альтернативная энергетика и экология. №3, 2012, С. 77-81

10. International Journal of Research and Engineering ISSN: 2348-7860 (O) | 2348-7852 (P) | Vol. 5 No. 6 | June 2018 | PP. 430-433

11. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий / НИИ строительной физики РААСН. М., 2004.

12. Моделирование теплогидравлических процессов в змеевиковом теплообменнике для определения эффективности теплообмена / Д. Е. Шумков, Д. Н. Литвинов, В. А. Климова, О. Л. Ташлыков // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: материалы Международной научнопрактической конференции- Даниловские чтения— Екатеринбург : УрФУ, 2017. — С. 990-993.

13. Велькин В.И., Щеклеин С.Е., Логинов М.И., Чернобай Е.В. Графический анализ экспериментальных данных и результатов математической модели кластеров ВИЭ. Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2013. № 2- 2 (120). С. 130-136.

14. Велькин В.И., Логинов М.И. Выбор оптимального состава оборудования в кластере возобновляемых источников энергии на основе регрессионного анализа. Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2012. № 3. С. 100-104.

15. Велькин В.И. Методология расчета комплексных систем ВИЭ для использования на автономных объектах: монография / В.И. Велькин; науч. ред. С.Е. Щеклеин. Екатеринбург: УрФУ, 2015. 226 с.

16. Kostarev V.S., Klimova V.A., and Tashlykov O.L. Simulation of passive removal of residual heat from radioactive wastes subject to weather conditions: AIP Conference Proceedings 2174, 020122 (2019)

17. Technical Reference. Solidworks Flow Simulation 2020.

18. International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET) ISSN: 2321-9653; Volume 6 Issue IV, April 2018