Повышение тепловой эффективности солнечного воздушного нагревателя, покрытого функциональной нанокомпозитной керамической плёнкой Алишер Х. Алиназаров1, Дилшодбек

Аннотация

Актуальность: солнечные воздушные нагреватели широко применяются в низкопотенциальных тепловых системах, и их практическая значимость в промышленности, сельском хозяйстве и строительстве постоянно возрастает. Однако практическая тепловая эффективность данных устройств в значительной степени ограничивается радиационными и конвективными тепловыми потерями, возникающими на поверхности абсорбера. В научной литературе с целью повышения эффективности предложены различные конструктивные решения, основанные на установке турбулизаторов в канале потока, создании искусственных неровностей и усложнении направления движения воздуха. Вместе с тем такие подходы зачастую приводят к увеличению потерь давления и росту конструктивной сложности системы. Поэтому повышение тепловой эффективности солнечных воздушных нагревателей без изменения их геометрической конструкции за счёт модификации физических свойств поверхности абсорбера рассматривается как актуальная научно-практическая задача.

Цель: анализ тепловой эффективности солнечного воздушного нагревателя с металлическим абсорбером, покрытым тонкой керамической композитной плёнкой, на основе модели энергетического баланса, а также его сравнение с солнечным воздушным нагревателем простой конструкции при одинаковых условиях эксплуатации.

Методы: в ходе исследования тепловые процессы солнечного воздушного нагревателя анализировались с использованием модели энергетического баланса, основанной на законе сохранения энергии. Керамичe

Керамическая композитная плёнка рассматривалась в качестве селективной поверхности, при этом учитывалось её влияние на коэффициент поглощения солнечного излучения (α) и коэффициент излучения (ε). Для обычного абсорбера и абсорбера с керамическим покрытием при одинаковых условиях работы были определены и сопоставлены температура выходящего воздуха и показатели тепловой эффективности.

Результаты: результаты расчётов показали, что тепловая эффективность солнечного воздушного нагревателя с керамической композитной плёнкой увеличивается на 17–19 % по сравнению с нагревателем простой конструкции. Установлено, что данное увеличение обусловлено ростом коэффициента поглощения солнечного излучения и снижением коэффициента излучения поверхности абсорбера. Показано, что предложенный подход позволяет повысить тепловую эффективность устройства без изменения геометрии канала потока и без дополнительных потерь давления, что является важным практическим преимуществом.