Оптимизация с-х энергетических установок - Теплообмен в наклонных каналах

Солнечные коллекторы, как правило, устанавливаются с наклоном по отношению к горизонтальной поверхности. Надо полагать, что при прохождении теплоносителя коэффициент теплоотдачи и плотность теплового потока будут зависеть от угла наклона коллектора. Этот вопрос особо существенен при использовании воздуха в качестве теплоносителя. В этом отношении заслуживает внимания работа [94]. Авторы выполнили исследования в диапазоне числа Рэлея до 108, углы наклона коллектора от горизонтальной поверхности изменяли в диапазоне 0 < φ < 70°.
Результаты исследования показали, что при числах Рэлея вплоть до Ra = 50 000 для всех значений угла φ < 70° коэффициент теплообмена хорошо аппроксимируется уравнением
Nu = 1,44(1 - (1708/Ra cos φ). (2.89)
При больших значениях числа Рэлея замена Ra на Ra cos φ может привести к существенным погрешностям, особенно в пределах изменений 1708 < Ra cos φ < 10+4 и 30 < φ < 60°.
Данные, приведенные в работе [95], показали, что при значительных числах Рэлея изменяется структура потока. При этом термическое сопротивление сосредоточено в двух пограничных слоях, находящихся в двух ограничивающих поверхностях.
Для φ < 70° число Нуссельта
Nti = (Ra cos φ/5830).  (2.90)
Авторами получена единая формула для определения коэффициента теплообмена наклонного воздушного слоя в условиях свободной конвекции для любых значений числа Рэлея вплоть до Ra = 10я:
(2.91)
Более точные исследования выполнил X. Инхаба [96]. Им исследован процесс свободной конвекции. Теплоносителем служил воздух. Из результатов исследований следует, что угол наклона коллектора оказывает существенное влияние на структуру потока и на значение коэффициента теплоотдачи. Для определения коэффициента теплоотдачи предлагается расчетная зависимость

В работе [94] приведены результаты экспериментальных исследований теплообмена при наклонном натекании струи на плоскую поверхность. Угол между поверхностью и осью струи изменяли от 90 до 30°, а число Рейнольдса струи — в диапазоне 1·104...3·104. Получены изотермы, определяющие поля температур на плоскости, при различных значениях плотности теплового потока. При наклонном поступлении теплового потока точка максимума коэффициента теплоотдачи смещается относительно точки пересечения геометрической оси потока с поверхностью пластины. По предложенным расчетным соотношениям можно найти среднее значение теплового потока, передаваемого пластине. Результаты этих исследований могут быть использованы для оценки теплоотдачи солнечных лучей, в зависимости от их наклона в течение дня, по отношению к тепловоспринимающей поверхности коллектора.