Nghiên cứu thiết kế ,chế tạo bộ thu không khí năng lượng mặt trời cánh sóng dọc biên trong

GIỚI THIỆU

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Về nghiên cứu bộ thu không khí để nâng cao hiệu suất và phục vụ quá trình sấy như:

Bộ thu không khí năng lượng mặt trời hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nhiệt như cấp nước nóng và sấy nông sản, nhờ vào cấu trúc đơn giản và dễ dàng lắp đặt, bảo trì Chi phí vận hành thấp và tuổi thọ cao là những ưu điểm nổi bật Nghiên cứu của Liang và cộng sự cho thấy việc sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời có thể nâng cao hệ số COP của bơm nhiệt lên 17% với diện tích 20 m² Abedi đã đề xuất ứng dụng bộ thu này để sưởi ấm cho tòa nhà 800 m² ở Iran Gần đây, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc cải thiện cấu trúc bên trong và lưu lượng không khí qua bộ thu nhằm nâng cao hiệu suất Karim và cộng sự phát triển ba kiểu bộ thu không khí khác nhau cho ứng dụng sấy nông sản tại Singapore, trong khi EI-khawajah và cộng sự báo cáo hiệu suất tối ưu của bộ thu lưới là 68.9% Nghiên cứu của EI-Sawi cho thấy sử dụng tấm hấp thụ dạng xương cá có thể tăng hiệu suất lên khoảng 20%, và Peng cùng cộng sự đã đề xuất cánh dạng răng cưa để cải thiện hiệu quả trao đổi nhiệt.

Hình 1.6 Bộ thu không khí năng lượng mặt trời có cánh bên trong[11]

Hình 1.7 Bộ thu kiểu tấm chắn ngang [12]

Nghiên cứu của Jianjun Hua và cộng sự chỉ ra rằng bộ thu không khí năng lượng mặt trời thông khí bằng cơ học (MV-SAC) với ba tấm chắn bên trong có thể cải thiện hiệu suất truyền nhiệt và giảm mất nhiệt bức xạ, đạt hiệu suất tối ưu khoảng 63% với lưu lượng thể tích từ 20-40 m³/h.m² Karmare và cộng sự đã phân tích dòng chất lưu và truyền nhiệt của bộ thu sấy không khí với bề mặt nhám cánh sạn, cho thấy khả năng truyền nhiệt cao hơn 30% so với bộ thu thông thường khi tấm thu nghiêng 58℃ Trong khi đó, Wenfeng Gao và cộng sự nghiên cứu bộ thu gia nhiệt không khí mặt trời kiểu gấp nếp, với tấm hấp thụ sóng giúp tăng cường sự hỗn loạn và tốc độ truyền nhiệt, đạt hiệu suất từ 58,9% đến 60,3%, cao hơn so với kiểu tấm phẳng là 48,6%.

Hình 1.8 Bộ thu kiểu tấm hấp thụ gấp nếp [14]

Razak và cộng sự đã thực hiện một nghiên cứu tổng quan về các tấm hấp thụ nhiệt dạng lưới trong bộ thu không khí năng lượng mặt trời, nhấn mạnh các tính chất cơ bản ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt của hệ thống này Trong số các chất hấp thụ nhiệt, chất hấp thụ thẩm thấu được cho là mang lại hiệu suất cao nhất Các yếu tố như hấp thụ nhiệt liên kết, định tuyến dòng chảy và vật liệu có vai trò quan trọng trong hiệu suất và hiệu quả nhiệt tổng thể của bộ thu, dẫn đến nhiều nghiên cứu đang được tiến hành trong lĩnh vực này Manjunath và cộng sự đã nghiên cứu hiệu suất nhiệt của bộ thu không khí năng lượng mặt trời với thiết kế tấm hấp thụ gắn khối cầu phát sinh rối, cho thấy hiệu suất tăng 23,4% khi sử dụng cầu có đường kính 25mm.

Hình 1.9 Bộ thu kiểu khối cầu[16]

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Nhiều nghiên cứu trong nước đã áp dụng năng lượng mặt trời cho các hệ thống sấy nông sản thực phẩm và sấy gỗ Một số trung tâm nghiên cứu hàng đầu đang tiên phong trong việc ứng dụng công nghệ năng lượng mặt trời vào các lĩnh vực này.

Công nghệ sấy bằng năng lượng mặt trời (NLMT) đã được nghiên cứu và triển khai mạnh mẽ tại Việt Nam bởi Trung tâm Năng lượng – Máy nông nghiệp thuộc Đại học Nông lâm TP Hồ Chí Minh.

RECTERE là Trung tâm nghiên cứu thiết bị nhiệt và năng lượng mới thuộc Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, nổi bật với các nghiên cứu và ứng dụng hiệu quả Đồng thời, Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao Công nghệ của Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh cũng đóng góp quan trọng trong lĩnh vực này.

Công nghệ sấy sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam đã được Trung tâm Năng lượng – Máy nông nghiệp thuộc Đại học Nông lâm thành phố Hồ Chí Minh nghiên cứu và phát triển trong suốt 20 năm qua Nhiều kiểu dàn sấy năng lượng mặt trời đã được thử nghiệm, trong đó lò sấy dạng sàng phẳng (Flat-bed) nổi bật với chất lượng sấy hạt tốt, chi phí thấp và dễ lắp đặt, vận hành Sản phẩm này đã được thị trường chấp nhận và hiện chiếm khoảng 25 – 35% trong lĩnh vực sấy nông sản.

Thiết bị sấy năng lượng mặt trời đang trở thành xu hướng với các sản phẩm như tủ sấy trái cây và ngũ cốc, giúp bảo quản nông sản hiệu quả Các thiết kế như nhà kính sấy chè và hầm sấy nông sản tận dụng ánh sáng mặt trời, đảm bảo chất lượng sản phẩm mà không gây ô nhiễm Ngoài ra, công nghệ này còn được áp dụng cho các nghề truyền thống như lò sấy bánh tráng muối ớt ở Tây Ninh và lò sấy miến ở Biên Hòa Trong lĩnh vực thủy hải sản, máy sấy cá sử dụng năng lượng mặt trời với năng suất 50-100 kg/mẻ đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công tại Cần Giờ, khắc phục hạn chế của phương pháp phơi nắng truyền thống Mặc dù Việt Nam có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào và nhu cầu lớn, nhưng việc triển khai thiết bị năng lượng mặt trời vẫn còn hạn chế, đặc biệt trong việc cung cấp không khí nóng cho hệ thống sấy.

Gần đây, Phú và đồng nghiệp đã nghiên cứu hiệu quả nhiệt-thủy lực của bộ gia nhiệt không khí sử dụng năng lượng mặt trời với độ nhám nhân tạo từ phoi kim loại Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của độ cao nhám tương đối và số Reynolds, cùng với việc sử dụng CFD để phân tích đặc tính dòng chảy.

Hình 1.10 Các phoi xoắn được đặt trên tấm hấp thụ [17]

Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam, với nền nông nghiệp phát triển, đang đối mặt với nhu cầu ngày càng tăng về sấy nông sản phục vụ tiêu thụ nội địa và xuất khẩu Tuy nhiên, chi phí năng lượng cho quá trình sấy đang tăng cao do sự cạn kiệt của nguồn năng lượng hóa thạch như than đá và dầu mỏ, cùng với việc giá điện năng cũng không ngừng gia tăng.

Công nghệ sấy bằng năng lượng mặt trời là giải pháp hiệu quả, tận dụng nguồn năng lượng sạch và miễn phí Với chi phí bảo trì thấp và độ an toàn cao cho người sử dụng, phương pháp này đảm bảo nhiệt độ sấy không quá cao, giúp loại bỏ độ ẩm một cách từ từ, giữ gìn chất lượng sản phẩm tốt nhất.

Nghiên cứu bộ thu không khí năng lượng mặt trời cánh sóng dọc bên trong là cần thiết để giảm chi phí sản phẩm sấy, tiết kiệm điện năng, giảm ô nhiễm môi trường, và hỗ trợ các hộ gia đình sản xuất nhỏ lẻ trong việc sấy nông sản thực phẩm và bảo quản sau thu hoạch.

Mục tiêu nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu cụ thể đạt được

Nghiên cứu thực nghiệm bộ thu không khí năng lượng mặt trời với cánh song dọc bên trong nhằm đánh giá ảnh hưởng của số lượng cánh, chiều cao cánh, nhiệt độ đầu ra và điều kiện môi trường đến hiệu suất của bộ thu Mục tiêu chính là ứng dụng công nghệ này trong sấy nông sản thực phẩm Kết quả nghiên cứu sẽ được chuyển giao cho các công ty và doanh nghiệp để áp dụng vào thực tiễn.

 Thiết lập các công thức tính toán mô hình hóa

 Thiết kế, chế tạo hệ thống bộ thu không khí dùng năng lượng mặt trời

 Đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số hình học như cung cánh, số lượng cánh đến hiệu suất

 Đánh giá sự ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến hiệu suất

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ thu không khí năng lượng mặt trời nhằm đánh giá ảnh hưởng của các thông số hình học cánh sóng dọc trong quá trình sấy Kết quả nghiên cứu sẽ được chuyển giao cho các công ty và doanh nghiệp để ứng dụng thực tiễn.

Nghiên cứu về bộ thu không khí năng lượng mặt trời cánh sóng dọc bên trong tại Bộ môn công nghệ Nhiệt-Điện lạnh của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật đóng vai trò quan trọng, không chỉ cho trường mà còn cho các trường đại học khác trên toàn quốc.

Một trong những hướng nghiên cứu hiện tại và tương lai trong lĩnh vực tận dụng năng lượng mặt trời là nhằm giảm chi phí sản phẩm sấy, giúp bắt kịp các nước tiên tiến.

Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu

 Từ các nghiên cứu liên quan, đi đến nghiên cứu một đối tượng cụ thể

Dựa trên các nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí uy tín như SCI, SCIE và EI, cùng với các hội nghị quốc tế chuyên ngành, tác giả tiến hành một nghiên cứu tổng quan về các đối tượng liên quan đến đề tài.

23 từ đó tìm ra được những vấn đề các nghiên cứu trước đã giải quyết, những vấn đề chưa giải quyết và cần giải quyết

 Kết hợp lý thuyết và thực nghiệm

Dựa trên kết quả nghiên cứu tổng quan, tác giả xác định đối tượng nghiên cứu và tiến hành mô hình hóa toán học Sau đó, hệ thống thí nghiệm được thiết kế để so sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Bộ thu không khí năng lượng mặt trời cánh sóng dọc bên trong phục vụ cho quá trình sấy

Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá, phân tích các thông số hình học ảnh hưởng đến hiệu suất bộ thu không khí năng lượng mặt trời.

Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu tổng quan và cơ sở lý thuyết

 Nghiên cứu tổng quan lý thuyết các bộ thu không khí năng lượng mặt trời

 Thiết kế, chế tạo bộ thu không khí năng lượng mặt trời cánh sóng dọc bên trong

 Thí nghiệm và thu thập dữ liệu

 Phân tích và thảo luận

CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ

Cơ sở lý thuyết và hệ thống thí nghiệm

2.1.1 Nguyên lý cấu tạo và làm việc của bộ thu không khí năng lượng mặt trời

Bộ thu không khí năng lượng mặt trời hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ bức xạ mặt trời Tia bức xạ với bước sóng ngắn xuyên qua tấm kính và được tấm hấp thụ sơn màu đen bên trong hấp thụ, làm nóng lên và truyền nhiệt cho không khí bên dưới Một phần năng lượng phản xạ trở lại tấm kính và thoát ra ngoài với bước sóng dài, do tấm hấp thụ có độ đen nhỏ hơn 1 Không khí có nhiệt độ môi trường vào bộ thu, trải qua quá trình trao đổi nhiệt và thoát ra với nhiệt độ cao hơn Để giảm thiểu tổn thất nhiệt, các bề mặt xung quanh và dưới bộ thu được cách nhiệt Tấm kính bề mặt trên thường được làm bằng kính cường lực để đảm bảo độ bền trong suốt quá trình hoạt động.

Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động của bộ thu không khí [19]

2.1.2 Lý thuyết tính toán bộ thu không khí tấm phẳng

Tính toán bộ thu tấm phẳng dựa trên định luật bảo toàn năng lượng Sơ đồ nhiệt của bộ thu tấm phẳng như hình 2.2

Hình 2.2 Mạng lưới nhiệt trở trong bộ thu tấm phẳng[19]

Giả sử bộ thu có diện tích Ac, năng lượng bức xạ mặt trời từ mọi phương chiếu tới mặt phẳng bộ thu là ItRb Năng lượng hữu ích mà không khí nhận được là Qu, trong khi năng lượng cần thiết để làm nóng vật liệu của bộ thu là Qs và phần năng lượng tổn thất ra môi trường xung quanh là QL Do đó, phương trình cân bằng năng lượng của bộ thu không khí năng lượng mặt trời được thiết lập như sau [18-20].

ItRb Ac = QU + QL + QS (2.1)

It: năng lượng bức xạ đến bộ thu trên một đơn vị diện tích bề mặt nằm ngang (W/m 2 )

Rb: hệ số chuyển đổi từ mặt phẳng nằm ngang sang mặt phẳng nằm nghiêng

Ac: diện tích của bộ thu tấm phẳng (m 2 )

QU, QL và QS tương ứng với năng lượng hữu ích, năng lượng tổn thất và năng lượng tích trữ loại vật liệu cấu tạo bộ thu, (W)

Trong nghiên cứu này, năng lượng hữu ích được tính như sau:

Hệ số truyền qua và hệ số hấp thụ được ký hiệu là (ta), trong khi Tco và Tci đại diện cho nhiệt độ không khí ra và vào bộ thu (°C) Ta là nhiệt độ môi trường (°C), và m (kg/s) cùng cp (kJ/kgK) thể hiện lưu lượng không khí qua bộ thu.

Hiệu suất thoát (hệ số dịch chuyển nhiệt) FR được tính như sau:

Trong đó: F’ hiệu suất hiệu dụng của bộ thu được tính

Hệ số tổn thất nhiệt tổng của bộ thu UL được tính theo:

Tổn thất nhiệt ở bề mặt trên Ut được tính :

Tổn thất nhiệt qua mặt đáy bộ thu Ub :

K- hệ số truyền nhiệt của lớp cánh nhiệt(W/m 2 K)

L- chiều dày của lớp cách nhiệt(m)

Tổn thất nhiệt qua các thành bên Ue:

Để tính toán tổn thất nhiệt qua các thành bên của bộ thu là một nhiệm vụ phức tạp và khó khăn Tuy nhiên, trong thực tế, các tổn thất này thường rất nhỏ so với tổn thất nhiệt qua mặt trên, vì vậy thường được bỏ qua.

Nghiên cứu thực nghiệm của Tabor cho thấy, nếu chiều dày lớp cách nhiệt xung quanh bằng với chiều dày lớp cách nhiệt ở đáy, thì tổn thất nhiệt từ trong ra ngoài có thể được tính cho toàn bộ chu vi của bộ thu giống như cách tính cho mặt đáy.

Hiệu suất bộ thu được tính như sau:

2.1.3 Thiết kế hệ thống thí nghiệm:

2.1.3.1 Mô tả hệ thống thí nghiệm

Bộ thu không khí năng lượng mặt trời được thiết kế với các cánh sóng dọc bên trong, như thể hiện trong sơ đồ nguyên lý (hình 2.3) và mặt cắt ngang (hình 2.4) Hệ thống này đã được lắp đặt tại Trường Cao Đẳng Nghề Hòa Bình Xuân Lộc, Tỉnh Đồng Nai để tiến hành thí nghiệm.

Bộ thu không khí năng lượng mặt trời vách sóng dọc có kích thước 1000mm x 2000mm x 120mm, với tấm hấp thụ nhiệt phủ sơn đen mờ có tỷ lệ hấp thụ bức xạ mặt trời lên đến 0,97 (± 0,02) Để cách nhiệt hiệu quả, lớp biên và đáy được bảo vệ bằng tấm bông khoáng dày 30mm, trong khi tấm phủ trên cùng là kính đơn 5mm Bên trong, thiết bị được trang bị 7 cánh sóng dọc dài 1602mm, với 9 gợn sóng và bước sóng 178mm, được làm từ tấm nhôm mỏng sơn đen nhằm tối ưu hóa khả năng hấp thụ và trao đổi nhiệt Hệ thống điều chỉnh lưu lượng không khí sử dụng thiết bị dimer 220V-1000W, kết hợp với quạt hướng trục công suất 22W, cho lưu lượng không khí 161.41m³/h, có thể điều chỉnh linh hoạt.

Bộ thu không khí năng lượng mặt trời hoạt động dựa trên nguyên lý quạt hướng trục, hút không khí từ môi trường bên ngoài vào bộ gom không khí Quá trình này giúp phân bố lưu lượng không khí đồng đều đến các kênh dẫn, từ đó thực hiện trao đổi nhiệt hiệu quả Không khí sau khi nhận nhiệt sẽ tăng dần đến nhiệt độ yêu cầu trước khi thoát ra khỏi bộ thu.

Kênh dẫn không khí là hệ thống quan trọng trong việc điều hòa không khí, bao gồm quạt cấp để cung cấp không khí đầu vào Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, lớp cách nhiệt được sử dụng nhằm ngăn chặn mất mát nhiệt Bộ gom không khí giúp tập trung và phân phối không khí đồng đều qua cánh sóng dọc Nhiệt độ không khí đầu vào (T1) và đầu ra (T2) được đo tại các vị trí khác nhau (T3, T4, T5) trong mỗi kênh để theo dõi hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý bộ thu không khí năng lượng mặt trời với các cánh sóng dọc bên trong

Hình 2.4 Mặt cắt ngang của bộ thu không khí năng lượng mặt trời với các cánh sóng dọc bên trong

Trong nghiên cứu này, tấm kính có kích thước 1000mm x 2000mm và bề dày 5 mm, được làm từ thủy tinh trong suốt Các thông số vật liệu bao gồm hệ số hấp thụ 𝛼k là 0,12, hệ số phản xạ 𝜌k là 0,08, hệ số xuyên qua 𝜏k là 0,8, hệ số phát xạ 𝜀k là 0,96, và chỉ số chiết xuất thủy tinh n là 1,526.

Tấm hấp thụ có kích thước 900mm x 1900mm x 0.3mm được làm từ nhôm với bề mặt sơn đen mờ và kết hợp bột kim loại Tấm này có hệ số hấp thụ cao 𝜀 = 0,97 và hệ số phát xạ 𝜀c = 0,1, cùng với hệ số dẫn nhiệt đạt 165 (W/m.K).

Cánh sóng dọc có kích thước chiều dài 1602mm, chiều cao 43mm và độ dày 0.3mm, được chế tạo từ vật liệu nhôm Chất hấp thụ của cánh là sơn đen mờ với hệ số hấp thụ 𝜀 = 0,97, hệ số phát xạ 𝜀c = 0,1 và hệ số dẫn nhiệt 𝜆 = 5 (W/m.K).

Lớp cách nhiệt có kích thước: 1000mmx2000mm Bề dày: 50mm, vật liệu là bông khoáng, hệ số dẫn nhiệt 0.034 (W/m.K)

Hình 2.5 Thông số kích thước lượn sóng L-chiều dài cung cánh; λ-Bước sóng cánh; R-bán kính cánh

30 Hình 2.6 Gia công cánh sóng dọc

Hình 2.7 Vật liệu cách nhiệt

Hình 2.8 Bộ thu không khí sau khi chế tạo và lắp đặt

2.1.3.2 Thiết bị đo dùng cho thí nghiệm

Thiết bị đo bức xạ mặt trời: Máy đo bức xạ Mặt Trời Tenmars TM-750 Thông Số Kỹ

-Độ phân giải: 1W / m2, 1Btu / (ft2 * h)

Hình 2.9 Máy đo bức xạ Tenmars TM-750

Máy đo vận tốc gió HT-81 là thiết bị chuyên dụng để đo nhiệt độ không khí trung bình và tốc độ gió, đồng thời mô phỏng phản ứng của gió Với các thông số kỹ thuật chính xác, máy giúp người dùng có được dữ liệu cần thiết cho nhiều ứng dụng khác nhau.

-Dải đo gió: 196 - 4900 ft/min, 1.00 - 25.00 m/s, 3.6 - 90.0 km/h

-Độ chính xác: ± (3% 40 ft/min), ± (3% 0,20 m/s), ± (3% 0,8 km/h)

-Xuất xứ: Taiwan Total Meter

-Phương pháp đo: Đặt máy đo ngay trước đầu thổi của quạt, chong chóng của máy đo hướng về phía quạt thổi, song song với hướng gió

Hình 2.10 Máy đo tốc độ gió

Thiết bị đo nhiệt độ: Máy đo nhiệt độ AmPe kìm VC3267

Công dụng: Đo dòng, trở, nhiệt độ, tần số, điện dung, đo nhiệt độ với dây K nhiệt tích hợp đi kèm

-Kích thước: 183mm x 66mm x 35mm

Để đo điện, sử dụng que đo cắm vào chân (-) và (+) của Ampe kìm Đặt đầu dò vào vị trí cần đo cho đến khi số hiển thị ổn định Khi đo nhiệt độ kính, nên sử dụng keo tản nhiệt để cải thiện độ tiếp xúc.

Hình 2.11 Máy đo nhiệt độ

Quạt hướng trục: Kích thước: 80mmx80mm, công suất 22W, lưu lượng không khí

161.41 m 3 /h Điều chỉnh vận tốc, lưu lượng bằng Dimmer dimer 220V-1000W

Hình 2.12 Quạt hướng trục lắp ở đầu vào bộ thu

Trong nghiên cứu này, thời gian thí nghiệm diễn ra từ 7h00 đến 17h00, với lưu lượng không khí qua bộ thu cánh sóng được điều chỉnh từ 0.01kg/s đến 0.04kg/s Bức xạ năng lượng mặt trời chiếu đến bộ thu được đo bằng máy đo bức xạ TM-750 với sai số ±5%.

Kết quả tính toán và thảo luận

Nghiên cứu này sử dụng phần mềm COMSOL Multiphysics để đánh giá và so sánh các tính chất nhiệt động của bộ thu giữa kết quả lý thuyết và thực nghiệm.

Hình 2.13 mô phỏng ảnh hưởng của kích thước hình học sóng cánh đến phân bố dòng không khí trong bộ thu tấm phẳng năng lượng mặt trời Kết quả cho thấy rằng các dạng dòng chảy bên trong bộ thu có tác động lớn đến sự phân bố nhiệt độ Cụ thể, khi kích thước chiều dài cung cánh tăng lên, dòng khí sẽ hình thành các xoáy khí, như được thể hiện trong hình 2.13.

Hình 2.14 Phân bố nhiệt độ dòng không khí khi có cánh sóng dọc bên trong

Hình 2.14 minh họa sự phân bố nhiệt độ của dòng khí trong bộ thu tấm phẳng với cánh sóng dọc bên trong Kết quả mô phỏng cho thấy rằng khi dòng khí vào bộ thu có nhiệt độ thấp, nhiệt độ của dòng khí sẽ tăng dần khi di chuyển lên phía trên, nhờ vào việc nhận nhiệt từ bộ thu và các cánh sóng dọc.

Hình 2.15 Ảnh hưởng của cưởng độ bức xạ năng lượng mặt trời đến nhiệt độ đầu ra của bộ thu

Hình 2.15 minh họa mối quan hệ giữa cường độ bức xạ và nhiệt độ đầu ra của bộ thu, cho thấy kết quả thực nghiệm và mô phỏng Nhiệt độ dòng không khí tăng từ khoảng 40 oC lúc bắt đầu thí nghiệm lên cao nhất 80 oC vào lúc 12h30, sau đó giảm dần vào buổi chiều Sự tăng nhiệt độ vào buổi sáng là do cường độ bức xạ mặt trời tăng, trong khi buổi chiều, nhiệt độ giảm do cường độ bức xạ giảm Sai số giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng dao động trong khoảng 1 oC đến 2 oC.

Hình 2.16 Phân bố nhiệt độ không khí trong các kênh

Hình 2.16 minh họa sự phân bố không khí qua 8 kênh dẫn trong bộ thu không khí năng lượng mặt trời cánh sóng dọc, với 7 cánh sóng dọc được chia đều Trước khi vào các kênh, không khí được gom lại nhằm đảm bảo lưu lượng di chuyển đồng đều, tối ưu hóa bề mặt trao đổi nhiệt với tấm hấp thụ để nâng cao hiệu suất thu hồi nhiệt Kết quả thực nghiệm cho thấy nhiệt độ không khí trong các kênh tương đối đồng đều, với sự gia tăng nhiệt độ từ đầu đến cuối kênh, chứng minh rằng không khí được phân phối đồng đều từ kênh dẫn 1 đến kênh dẫn 8.

Hình 2.17 Quan hệ giữa tỉ lệ cung cánh và bước cánh đến hiệu suất bộ thu

Hình 2.17 minh họa mối quan hệ giữa tỉ lệ cung cánh và bước sóng đến hiệu suất bộ thu, cho thấy hiệu suất tăng dần từ 1 đến 1.182, đạt tối đa 67% tại tỉ lệ 1.182 Khi tỉ lệ vượt quá 1.182, hiệu suất giảm do thời gian lưu lại tại các cung lớn, tổn thất áp suất tăng và hiệu quả trao đổi nhiệt giảm Đối với kích thước bước sóng cánh λ = 178mm, chiều dài cung cánh L = 210.40 mm và bán kính cánh R = 50mm, hiệu suất bộ thu không khí năng lượng mặt trời cánh sóng dọc bên trong đạt giá trị cao nhất so với các trường hợp khác.

Hình 2.18 Ảnh hưởng của chiều cao cánh đến hiệu suất thu hồi nhiệt bộ thu cánh sóng dọc

Chiều cao cánh sóng dọc có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thu hồi nhiệt của bộ thu Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi chiều cao cánh tăng từ 10mm đến 50mm, hiệu suất thu hồi nhiệt tăng từ 40% lên gần 70%, nhưng sau đó giảm khi chiều cao vượt quá 50mm Điều này xảy ra vì khi chiều cao cánh bằng với độ dày khe không khí, lớp không khí trên các kênh dẫn tiếp xúc với mặt kính đều hơn, giảm tổn thất nhiệt đối lưu Ngược lại, nếu chiều cao cánh quá thấp, các cánh không đủ kích thước để phân bổ dòng không khí, dẫn đến hiệu quả trao đổi nhiệt kém.

H iệ u su ất % chiều cao cánh mm

Hình 2.19 Ảnh hưởng số lượng cánh và lưu lượng không khí đến hiệu suất thu hồi nhiệt của bộ thu cánh sóng dọc

Sự ảnh hưởng của số lượng cánh và lưu lượng đến hiệu suất thu hồi nhiệt của bộ thu cánh sóng dọc được thể hiện rõ ràng trong nghiên cứu Kết quả cho thấy hiệu suất cao nhất đạt khoảng 67% khi lưu lượng không khí là 0.025 (kg/s) với 7 cánh sóng bên trong bộ thu Khi lưu lượng không khí giảm dưới 0.025 (kg/s), nhiệt độ không khí tăng nhanh, dẫn đến hiệu quả trao đổi nhiệt thấp Ngược lại, nếu lưu lượng không khí vượt quá 0.025 (kg/s), sẽ xảy ra tổn thất do dòng chảy rối tại các cung cánh Số lượng cánh ít trong bộ thu làm giảm số kênh dẫn không khí, gây ra phân phối không đều và giảm khả năng tạo rối, từ đó làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt và tăng tổn thất bức xạ Mặt khác, việc bố trí nhiều cánh cũng cản trở hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời, dẫn đến hiệu suất bộ thu giảm.

Số lượng cánh bố trí trong bộ thu

0.027(kg/s) 0.025(kg/s) 0.02(kg/s) 0.015(kg/s) 0.01(kg/s)