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Conduction and convection heat transfer in composite solar collector systems with porous absorber

Wärmetransport infolge Leitung und Konvektion durch ein zusammengesetztes Solarkollektor-System mit porösem Absorber

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Wärme - und Stoffübertragung Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Steady natural convection and conduction heat transfer has been studied in composite solar collector systems. The system consists of a glazing, a porous layer and a massive wall installed in a room. The heat transfer in this system is studied by assuming the glazing and the vertical bounding wall isothermal at different temperatures, two horizontal bounding walls adiabatic and porous layer without vents. The aspect ratioA was from 0.1 to 1.0 but the detailed study was carried out withA=1. The thickness of the porous wallF p varied from 1/3 to 1, while the solid wall thickness was kept constant. The conductivity ratio of porous layer was from 10−2 to 102,Ra from 103 to 107. The results are presented in terms of thermal parameters as function ofRa and non-dimensional geometrical parameters. The isotherms and stream lines within the system are produced.

Zusammenfassung

Die Untersuchung bezieht sich auf den stationären Wärmetransport infolge natürlicher Konvektion und Leitung in zusammengesetzten Solarkollektor-Systemen. Ein solches System besteht aus einer Verglasung, einer porösen Schicht und der massiven Außenwand eines Raumes. Der Wärmetransport in diesem System wird unter der Annahme ermittelt, daß sich die Verglasung und die Hinterwand auf verschiedenen konstant Temperaturen befinden, Boden und Decke des Raumes adiabat sind und daß die poröse Schicht luftundurchlässig ist. Das VerhältnisA (Höhe zu Tiefe des Raumes) variierte von 0,1 bis 1,0, wobei die eingehenderen Untersuchungen fürA=1,0 erfolgten. Die bezogene DichteF p der porösen Schicht bewegte sich von 1/3 bis 1, die Dicke der Außenwand blieb konstant. Das Wärmeleitfähigkeitsverhältnis bezüglich der porösen Schicht lag im Bereich 10−2 bis 102 und die Rayleigh-ZahlRa reichte von 103 bis 107. In der Ergebnisdokumentation sind die thermischen Parameter als Funktionen vonRa und den Geometrieverhältnissen wiedergegeben. Stromlinien und Isothermen im Inneren des Systems wurden generiert und dargestellt.

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  1. Bolcomb, J. D.; Barley, C. D.; McFarland, R. D.; Perry, J. E.; Wray, W. O.; Noll, W. S.: Passive solar design handbook, Vol. II: Passive design analysis, DOE/CS-0127/2, Washington, 1980

  2. Zrikem, Z.; Bilgen, E.: Theoretical study of a composite Trombe-Michel wall solar collector system. Solar Energy, 39, (1987) 409–419

    Google Scholar 

  3. Dumas, L.; Réalisation et étude expérimentale sur un capteur solaire passif sans et avec alvéoles. Montréal, P.F.E. Ecole Polytechnique, 1985

  4. Nishimura, H.; Asaka, Y.; Hirata, T.; Natural convection and thermal radiation in enclosures with an off-center partition. Inst. J. Heat Mass Transfer, 30, (1987) 1756–1758

    Google Scholar 

  5. Nishimura, T.; Shiraishi, M.; Nagasawa, F.; Kawamura, Y.: Natural convection heat transfer in enclosures with multiple vertical partitions. Int. J. Heat Mass Transfer, 31, (1988) 1679–1686

    Google Scholar 

  6. Tong, T. W.; Subramanian, E.: Natural convection in enclosures containing an insulation with a permeable fluid-porous interface. Int. J. Heat and Fluid Flow, 9, (1988) 389–395

    Google Scholar 

  7. Beckermann, C.; Ramadhyani, S.; Viskanta, R.: Natural convection flow and heat transfer between a fluid layer and a porous layer inside a rectangular enclosure. J. Heat Transfer, 109, (1987) 363–370

    Google Scholar 

  8. Arquis, E.; Caltagirone, J. P.: Interacting convection between fluid and open porous layers. ASME paper 87-WA/HT-24, 1987

  9. Bejan, A.; Anderson, R.: Heat transfer across impermeable partition imbedded in porous medium, Int. J. Heat Mass Transfer, 24, (1981) 1237–1245

    Google Scholar 

  10. Du, Z-G.; Bilgen E.: Natural convection in composite wall collectors with porous absorber. Solar Energy, 45, 6, (1990) 325–332

    Google Scholar 

  11. Mbaye, M.; Bilgen, E.: Natural convection and conduction in porous wall solar collector systems without vents. J. Solar Energy Engineering, 114 (1992) 40–46

    Google Scholar 

  12. Du, Z.-G.; Bilgen, E.: Natural convection in vertical cavities with partially filled heat generating porous media. Numerical Heat Transfer A, 18, (1990) 371–386

    Google Scholar 

  13. Siegel, R.; Howell, J. R.: Thermal radiation Heat Transfer. McGraw-Hill, New York, 1972

    Google Scholar 

  14. Patankar, S. V.: Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Hemisphere, New York, 1980

    Google Scholar 

  15. Kangni, A.; Ben Yedder R.; Bilgen, E.: Natural convection and conduction in enclosures with multiple vertical partitions. Int. J. Heat Mass Transfer, 34 (1991) 3819–3825

    Google Scholar 

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Authors and Affiliations

  1. Ecole Polytechnique, St. A, C. P. 6079, H3C 3A7, Montréal, Quebec, Canada

    M. Mbaye & E. Bilgen

Authors
  1. M. Mbaye
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  2. E. Bilgen
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Mbaye, M., Bilgen, E. Conduction and convection heat transfer in composite solar collector systems with porous absorber. Wärme- und Stoffübertragung 28, 267–274 (1993). https://doi.org/10.1007/BF01539492

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF01539492

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