Простая формула теплопередачи жидкости

Я пытаюсь сделать простую симуляцию солнечной панели, соединенной через какой-то трубопровод с котлом с помощью насоса. Мои входные константы могут быть примерно такими: объем жидкости внутри панели, объем жидкости внутри котла, скорость подачи насоса.

Для простоты могу предположить, что соединительные трубы не поглощают тепло, поэтому панель и котел соединены рядом друг с другом через какое-то отверстие и теплоизолированы от другого.
Возможные константы: температура окружающей среды, потери тепла (зависит от температуры окружающей среды).

Переменные: температура панели, температура котла, работает насос или нет.

То, что я делаю прямо сейчас, похоже на линейную оценку, прикладывая некоторую энергию к панели (линейно повышает тепло), работающий насос передает линейно энергию из одного сосуда в другой (повышение/понижение температуры обратно пропорционально объему жидкости), теплопередача к котлу линейно увеличивает его энергию.

Я хотел бы иметь что-то вроде оценки повышения и понижения температуры в обоих сосудах с учетом указанных выше констант и переменных. Это не обязательно должно быть точно с научной точки зрения, но я знаю, что линейная аппроксимация неверна, поскольку повышение температуры каким-то образом обратно пропорционально абсолютной температуре (т.е. оно «сужается»).
Конечный результат будет таким: подайте xxx единиц (Джоулей) энергии на солнечную панель в течение 1 минуты > температура повысится на y градусов; запустить насос (открыть вентиль) на 1 минуту -> температура в котле повысится на z градусов, температура на панели понизится на w градусов.

Любые графики или формулы будут полезны, я могу продолжить оттуда. Это не домашнее задание или научное исследование, просто что-то для личного пользования.
Также было бы неплохо дать некоторые пояснения о различиях между поглощением энергии водой и маслом.

Котел — это устройство для производства пара из вартера, начиная с Папена, Ньюкомена и Уатта.
а) Солнечное тепло может вскипятить воду. (b) Слово «кипятильник» включает другие жидкости, которые могут кипеть при температуре ниже температуры воды. Например, см. глоссарий в Патентном ведомстве США: «КОТЛ = используется как общий термин для жидкостного нагревателя. Природа нагреваемой жидкости не имеет значения». uspto.gov/web/patents/classification/uspc122/defs122.htm
«Бойлер — это закрытый сосуд, в котором нагревается вода или другая жидкость». - Я использую это определение. Котел обеспечивает нагретой водой жилой дом. Он обогревается газом/электричеством/другим, но также может обмениваться теплом с солнечной панелью. Тем не менее, я не думаю, что здесь такая большая путаница, котел в моей симуляции — это всего лишь большой резервуар энергии.
Я понял, что «EnergyNumbers» играет в этом теге «возобновляемая энергия». По этой причине я хотел бы знать, что это за энергия. Это энергия, которая стареет и может омолаживаться? Находится ли эта энергия вне законов термодинамики? Это радиационное, механическое или что-то еще?
Для меня это возобновляемая энергия в том смысле, что это энергия, которую вы можете использовать (отопление дома, горячее водоснабжение), а затем ее можно восполнить.

Ответы (1)

Несколько заметок, которые помогут вам в пути:

Мощность при полном солнечном свете на уровне моря ≈ 1 к Вт / м 2 - не забудьте отрегулировать относительный угол солнца и солнечной панели.

Удельная теплоемкость воды: 4,186 Дж/г/К

Типичный КПД коллектора: где-то в пределах 50-90%.

Давайте сделаем быстрый грубый статический расчет. Похоже, вы собираетесь сделать динамическую микросимуляцию — отличная штука, дерзайте; если мы сможем сначала сделать статическую оценку, это даст вам представление о том, как числа связаны друг с другом, и даст вам примерное число, с которым можно сравнить выходные данные вашей симуляции.

Предположим, что солнце светит прямо на панель по нормали к пластине, поэтому мощность, падающая на пластину, равна 1000 Вт / м 2 . Предположим, что эффективность составляет 60%, поэтому мы кладем 600 Вт / м 2 в теплоноситель. Давайте на данный момент проигнорируем любой антифриз и просто предположим, что наш теплоноситель представляет собой чистую воду, поэтому ее удельная теплоемкость составляет 4,186 Дж/г/К. Теперь, если бы у вас был 1 литр воды, собирающей тепло на квадратный метр, вы повысили бы его температуру на

600 Вт 1000 г × 4.186 Дж / г / К ≈ 0,14 К / с

А теперь краткий расчет на целый день. Возьмем приблизительную цифру в 6 полных солнечных часов (это 16 часов летнего дневного света, уменьшенные в расчете на изменение угла между панелью и солнцем) и 200-литровый аккумулирующий теплоноситель; тогда наше повышение температуры резервуара за сутки с одного квадратного метра коллектора будет в первом порядке равно:

Δ Т т а н к "=" 0,14 К / с × 3600 с / час × 6 час 200 ≈ 15 К
Итак, 4 м 2 система даст вам Δ Т т а н к ≈ 60 К . Тогда это будет снижено из-за потерь в системе, включая тепловые потери от пластины коллектора и теплоаккумулятора.

Потери тепла от самой панели будут (в целом) пропорциональны разнице между теплоносителем и температурой окружающего воздуха, что дает упомянутое вами сужение.

И вам понадобится показатель скорости, с которой может происходить теплообмен между теплоносителем, проходящим через коллектор, и теплоаккумулятором.

(См. также Приложение H к SAP 2009 , которое начинается на стр. 73 в формате pdf, но имейте в виду, что это грубое статическое приближение солнечной тепловой системы в Великобритании, а не динамическое моделирование, но в нем есть некоторые цифры, которые помогут вам начать работу с эффективностью коллектора. и тепловые потери)

Отличный ответ, больше, чем я рассчитывал! Я фактически моделирую следящую солнечную панель и снова аппроксимирую полученную энергию косинусом относительно оси Солнце-Земля, это и было моей основной целью. Однако это приятно, так как теперь я могу работать с абсолютными единицами измерения, а не только с грубыми приближениями.
Мне нужно набрать 15 репутации по этому поводу, но я обязательно проголосую за ответ, будет ли он принят или нет.
Простая формула теплопередачи жидкости
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v