В статье представлены численные результаты исследования математической модели процессов теплообмена в вакуумных солнечных коллекторах с абсорберами круглого и эллиптического профиля. Целью работы является сравнительный анализ тепловой эффективности указанных геометрических конфигураций и оценка потенциала интенсификации теплообмена при переходе от традиционного круглого профиля к эллиптическому.

Методология исследования базируется на разработанной стационарной одномерной тепловой модели, в основе которой лежит уравнение теплового баланса. Модель учитывает радиационный теплообмен между абсорбером и стеклянной колбой, теплоперенос через разреженный газ в вакуумном зазоре, внутреннюю конвекцию в канале теплоносителя и конвективные потери от наружной поверхности стекла в окружающую среду. Для каждого типа геометрии выполнены расчеты температурных полей в характерных узлах системы, определены плотности тепловых потоков всех составляющих теплового баланса, включая полезную тепловую мощность коллектора. Сравнительный анализ проведён при идентичных граничных условиях для двух климатических режимов – холодного и тёплого периодов года в условиях умеренно континентального климата Омской области.

Результаты исследования демонстрируют, что эллиптический профиль абсорбера обеспечивает снижение радиационных потерь до 17,8 % и потерь через остаточный газ до 16,7 %, а также увеличение полезной тепловой мощности до 0,8 %. Коэффициент теплогидравлической эффективности достигает 4,8 %, что подтверждает интенсификацию теплообмена при смене геометрии профиля.

Практическая значимость работы заключается в обосновании конструктивного способа повышения энергетической эффективности вакуумных солнечных коллекторов, который после экспериментальной верификации может быть рекомендован при проектировании новых гелиосистем.