Mô phỏng lưu động của nước trong bộ thu năng lượng mặt trời kiểu ống thủy tinh chân không

Tạp chí Khoa học và Công nghệ 55 (1) (2017) 132-139 
DOI: 10.15625/0866-708X/55/1/8317 
1 
MÔ PHỎNG LƯU ĐỘNG CỦA NƯỚC TRONG BỘ THU NĂNG 
LƯỢNG MẶT TRỜI KIỂU ỐNG THỦY TINH CHÂN KHÔNG 
Tạ Văn Chương1, *, Nguyễn Nguyên An1, Nguyễn Quốc Uy2 
1Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt lạnh, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Số 1, 
Đại Cồ Việt, Hà Nội 
2Khoa Công nghệ năng lượng, Trường Đại học Điện lực, Số 235, Hoàng Quốc Việt, Hà Nội 
*Email: chuong.tavan@hust.edu.vn 
Đến Tòa soạn: 10/5/2016; Chấp nhận đăng: 14/8/2016 
TÓM TẮT 
Quá trình lưu động của nước trong bộ thu năng lượng mặt trời kiểu ống thủy tinh chân 
không có ảnh hưởng lớn tới quá trình nhận và truyền năng lượng mặt trời trong bộ thu, do đó nó 
ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất bộ thu. Trong bài báo, một mô phỏng về quá trình lưu động 
của nước trong bộ thu đã được xây dựng. Mô phỏng được thực hiện cho nhiều chế độ khác nhau, 
phụ thuộc vào cường độ bức xạ mà ống thủy tinh chân không hấp thụ được, nhiệt độ nước trong 
bình cũng như góc chắn tia trực xạ. Kết quả mô phỏng cho thấy lưu lượng nước tuần hoàn qua 
ống tăng mạnh khi cường độ bức xạ mà ống nhận được tăng. Ngoài ra, nhiệt độ nước trong bình 
và góc chắn của tia trực xạ cũng ảnh hưởng đến lưu lượng của nước. Các kết quả này có thể 
được sử dụng để nghiên cứu sự phân tầng nhiệt độ trong bình chứa cũng như xác định hệ số trao 
đổi nhiệt đối lưu của nước trong ống, một thông số hoạt động quan trọng của bộ thu. 
Từ khóa: lưu lượng, vận tốc, tuần hoàn tự nhiên, ống chân không. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất nước nóng rất được quan tâm, nghiên cứu bởi đây 
là một trong những giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường [1, 2]. Lĩnh vực ứng 
dụng năng lượng mặt trời để sản xuất nước nóng phát triển ngày càng mạnh nhờ áp dụng công 
nghệ mới. Thị trường thế giới thực sự được mở rộng do sự ra đời và phát triển của thiết bị thu 
năng lượng mặt trời kiểu ống thủy tinh chân không [3]. Với chi phí thấp và hiệu suất cao, ống 
thủy tinh chân không thể hiện ưu điểm rõ rệt khi so sánh với các bộ thu kiểu tấm phẳng, đặc biệt 
trong dải ứng dụng nhiệt độ cao. Có nhiều phương pháp nhằm nâng cao hiệu suất của bộ thu 
kiểu ống thuỷ tinh chân không như sử dụng ống nhiệt hay sử dụng ống chữ U [4, 5]... Tuy nhiên, 
xét tổng thể, hiệu quả nhất vẫn là dùng bộ thu với ống thủy tinh chân không kiểu “đơn giản”, 
trong đó nước nhận nhiệt trực tiếp từ bề mặt hấp thụ của ống và tuần hoàn tự nhiên sang bình 
chứa. 
Mô phỏng lưu động của nước trong bộ thu năng lượng mặt trời kiểu ống thủy tinh chân không 
133 
Quá trình lưu động của nước ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt trong bộ thu và sự 
phân tầng nhiệt độ trong bình chứa nước nóng, do đó nó ảnh hưởng đến hiệu suất của bộ thu. Có 
nhiều nghiên cứu về quá trình lưu động này, tiêu biểu có thể kể đến: nghiên cứu lí thuyết và thực 
nghiệm về tuần hoàn tự nhiên của nước trong bộ thu năng lượng mặt trời kiểu thủy tinh chân 
không [6], nghiên cứu mô phỏng quá trình lưu động của nước nhằm xác định tổn thất nhiệt [7], 
nghiên cứu mô phỏng bộ thu năng lượng mặt trời kiểu ống thủy tinh chân không trong phạm vi 
nhiệt độ thấp nhằm xác định được nhiệt độ cũng như vận tốc của nước tại miệng ống [8]. 
Các nghiên cứu kể trên thường được thực hiện trong một chế độ cố định, do đó chưa đánh 
giá được ảnh hưởng của các thông số hoạt động quan trọng đến sự lưu động của nước trong bộ 
thu năng lượng mặt trời kiểu ống thủy tinh chân không bao gồm: nhiệt độ nước, nhiệt độ môi 
trường, cường độ bức xạ và góc chắn tia trực xạ. Để giải quyết vấn đề, nhóm tác giả đã tiến hành 
mô phỏng sự lưu động của nước trong bộ thu ở nhiều chế độ hoạt động với sự thay đổi của các 
thông số hoạt động nêu trên, từ đó phân tích và đánh giá ảnh hưởng chúng. Các kết quả mô 
phỏng, ngoài việc giải quyết vấn đề đã nêu, còn có thể được sử dụng cho việc xác định hệ số trao 
đổi nhiệt đối lưu của nước trong ống thủy tinh chân không, một đại lượng quan trọng trong việc 
tính toán truyền nhiệt của bộ thu. 
2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 
2.1. Đối tượng nghiên cứu 
Đối tượng được mô phỏng ở đây là một bộ thu NLMT (năng lượng mặt trời) kiểu ống thủy 
tinh chân không “đơn giản”, trong đó nhiệt từ bề mặt hấp thụ truyền trực tiếp cho nước. Sơ đồ 
nguyên lí của một bộ thu kiểu này được trình bày trên Hình 1. Bộ thu bao gồm một dãy ống thủy 
tinh chân không đóng vai trò là bộ phận hấp thụ NLMT, được gắn trực tiếp vào bình chứa hình 
trụ nằm ngang. Khi có bức xạ mặt trời đập tớp ống, bề mặt hấp thụ trong ống thủy tinh sẽ nhận 
nhiệt bức xạ làm nước trong ống thủy tinh nóng lên. Do sự chênh lệch mật độ, nước nóng sẽ 
chuyển động đi lên qua nửa trên của ống chảy sang bình chứa, nước lạnh từ bình chứa sẽ đi vào 
ống qua nửa ống phía dưới. 
Hình 1. Sơ đồ nguyên lí của bộ thu NLMT kiểu ống thủy tinh chân không. 
Việc mô phỏng bộ thu có nhiều ống như thực tế gặp nhiều khó khăn do giới hạn về tốc độ 
tính toán của máy tính. Vì thế, một mô hình mô phỏng với vùng tính toán nhỏ hơn đã được xây 
dựng. Mô hình gồm một ống thủy tinh chân không dùng để thu NLMT, với kích thước được xây 
dựng tương tự như ống thật, gắn trực tiếp với một phần bình chứa nước nóng hình trụ nằm 
ngang. Ống thủy tinh chân không gồm 2 lớp kính với lớp bên trong có đường kính ngoài 47 mm, 
Tạ Văn Chương, Nguyễn Nguyên An, Nguyễn Quốc Uy 
134 
dày 1,6 mm và chiều dài 1794 mm. Phần bình chứa hình trụ nằm ngang được mô phỏng có 
đường kính 360 mm và dài 80 mm. 
Mô hình mô phỏng bình chứa được xây dựng và chia lưới bằng phần mềm chuyên dụng 
ICEM. Chi tiết việc chia lưới trong mô hình được thể hiện trên Hình 2. Theo đó, lưới được chia 
kiểu lục diện ở bên trong lõi bình và kiểu tứ diện ở lớp biên để có thể tính toán chính xác cho 
các dòng rối gần vỏ bình. Lớp thủy tinh được chia lưới bề mặt rồi phát triển cho toàn bộ thể tích. 
Mô hình sau khi chia lưới có 124060 nút với 466625 phần tử. 
Hình 2. Chia lưới mô hình mô phỏng. 
Hình 3. Các điều kiện biên của mô hình mô phỏng. 
2.2. Hệ phương trình mô tả 
Trong quá trình tính toán, các thông số vật lí của nước như nhiệt dung riêng c [kJ/kgK], khối 
lượng riêng ρ [kg/m3], hệ số dẫn nhiệt k [W/mK], độ nhớt động lực học µ [Pa.s] thay đổi và được xác 
định theo nhiệt độ của từng phần tử. Các phương trình liên tục, phương trình bảo toàn năng lượng 
và động lượng trong hệ tọa độ không gian ba chiều Oxyz được sử dụng để tính toán quá trình 
thủy động và truyền nhiệt giữa các phần tử trong mô hình nhằm xác định phân bố vận tốc u 
[m/s] và nhiệt độ T [K]. Theo [8], các phương trình nói trên có thể được viết như sau: 
Phương trình liên tục: 
( )( ) ( ) 0yx zuu u
x y z
ρρ ρ∂∂ ∂
+ + =
∂ ∂ ∂
 (1) 
Phương trình năng lượng: 
( ) ( ) ( )
x y z
cT cT cT
u u u
x y z
T T Tk k k
x x y y z z
ρ ρ ρ∂ ∂ ∂
+ +
∂ ∂ ∂
 ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂   
= + +    ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂    
 (2) 
 Phương trình động lượng: 
Theo phương x: 
( ) ( ) ( )
22
3
x x x
x y z
yx x
yx x z
u u u
u u u
x y z
uu up
x x x x y
uu u u
y y x z z x
ρ ρ ρ
µ
µ µ
∂ ∂ ∂
+ +
∂ ∂ ∂
  ∂  ∂ ∂∂ ∂  
= − + − +   ∂ ∂ ∂ ∂ ∂    
 ∂  ∂  ∂ ∂∂ ∂  
+ + + +     ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂    
 (3) 
Mô phỏng lưu động của nước trong bộ thu năng lượng mặt trời kiểu ống thủy tinh chân không 
135 
Theo phương y: 
( ) ( ) ( )
22
3
x x x
x y z
y x
y
y yx
y z
u u u
u u u
x y z
u up g
y x x y
u uu
y y x y
u u
z z y
ρ ρ ρ
ρ µ
µ
µ
∂ ∂ ∂
+ +
∂ ∂ ∂
 ∂  ∂∂ ∂
= − + + +  ∂ ∂ ∂ ∂  
  ∂ ∂  ∂∂  
+ − +   ∂ ∂ ∂ ∂    
 ∂  ∂∂
+ +  ∂ ∂ ∂  
 (4) 
Theo phương z: 
( ) ( ) ( )
22
3
x x x
x y z
yxz z
yxz
u u u
u u u
x y z
uuu up
z x x z y y z
uuu
z z x y
ρ ρ ρ
µ µ
µ
∂ ∂ ∂
+ +
∂ ∂ ∂
 ∂   ∂ ∂ ∂∂ ∂ ∂ 
= − + + + +    ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂     
  ∂  ∂∂∂  
+ − +   ∂ ∂ ∂ ∂    
 (5) 
2.3. Điều kiện biên 
Chi tiết các điều kiện biên của mô hình mô phỏng sau khi thiết lập trên phần mềm CFX được 
thể hiện ở Hình 3. Để đơn giản bài toán, ta bỏ qua tổn thất nhiệt qua vỏ của bình chứa nước nóng, 
bề mặt bình được coi là đoạn nhiệt. Bức xạ chiếu tới ống chân không được một nửa diện tích của 
bề mặt ống tiếp nhận tùy theo góc chắn tia trực xạ (là góc tạo bởi hình chiếu của tia trực xạ trên 
mặt cắt ngang ống và đường thẳng vuông góc với tâm ống nằm trên mặt phẳng bộ thu) ξ [o]. 
Cường độ bức xạ mà ống nhận được trên phần diện tích nhận bức xạ là G [W/m2]. Tuy nhiên 
trên toàn bộ ống có tổn thất nhiệt ra môi trường ql [W/m2] phụ thuộc vào hệ số tổn thất nhiệt Ul 
W/m2K], nhiệt độ trung bình của bề mặt ống t [oC] và nhiệt độ môi trường ta [oC]. Do đó, trên 
diện tích nhận bức xạ của bề mặt ống, điều kiện biên là mật độ dòng nhiệt q [W/m2] được xác 
định bằng cường độ bức xạ mà ống nhận được trừ đi mật độ dòng nhiệt tổn thất. Phần diện tích 
còn lại của ống, điều kiện biên là mật độ dòng nhiệt tổn thất ql [9]. 
Các chế độ hoạt động của bộ thu NLMT được khảo sát phụ thuộc vào nhiệt độ nước trong 
bình tf [oC], nhiệt độ môi trường ta, cường độ bức xạ mà ống nhận được G và góc chắn tia trực 
xạ ξ. Nhiệt độ nước khi bắt đầu chạy mô phỏng tf,0 được chọn là 30 oC. Theo thời gian, do nhận 
năng lượng từ bức xạ mặt trời, nhiệt độ nước này sẽ tăng dần lên. Các chế độ mô phỏng được 
dừng khi nhiệt độ nước đạt 60 oC. Nhiệt độ môi trường được giả thiết là 30 oC, các thông số khác 
trong từng chế độ mô phỏng có thể tham khảo ở Bảng 1. 
Bảng 1. Giá trị các thông số hoạt động trong mô phỏng. 
Chế độ 
f ,ot , oC G , W/m
2
ξ , o 
at , oC 
1 30 450 90 30 
2 30 600 90 30 
3 30 750 90 30 
4 30 600 45 30 
Tạ Văn Chương, Nguyễn Nguyên An, Nguyễn Quốc Uy 
136 
2.4. Thiết lập và chạy bộ giải 
Chế độ mô phỏng được thiết lập là chế độ không ổn định, các đại lượng vật lí và thông số vật lí 
của nước thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào nhiệt độ. Bước thời gian được đặt là 5 giây và số 
vòng lặp trong một bước là 5 để đảm bảo độ chính xác của kết quả mô phỏng. Một máy tính với chip 
vi xử lí Core i7 – 2 × 2,3 GHz - tám luồng, bộ nhớ trong 8 GB đã được sử dụng để chạy bộ giải. Với 
cấu hình máy tính như vậy, thời gian cần thiết để hoàn tất một chế độ mô phỏng (ví dụ, nhiệt độ nước 
từ 30 oC đến 60 oC, cường độ bức xạ mà ống nhận được 450 W/m2, góc chắn tia trực xạ 90 o) vào 
khoảng 86 giờ. Để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ nước ban đầu đến kết quả, các chế độ mô 
phỏng ứng với nhiệt độ nước ban đầu thay đổi từ 40 oC và 50 oC cũng đã được thực hiện. Sai số 
giữa các thông số tính toán thu được trong các trường hợp với nhiệt độ nước ban đầu khác nhau 
này là nhỏ và có thể bỏ qua. Điều đó chứng tỏ kết quả mô phỏng có thể áp dụng với nhiệt độ 
nước ban đầu bất kì. 
3. XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG KHỐI LƯỢNG NƯỚC TUẦN HOÀN QUA ỐNG 
THỦY TINH CHÂN KHÔNG 
Lưu lượng khối lượng nước tuần hoàn qua ống thủy tinh chân không là một thông số quan 
trọng trong nghiên cứu, tính toán bộ thu năng lượng mặt trời. Theo [10], lưu lượng này có thể xác 
định bởi công thức: 
( )
u
p o i
Q
m
C t t
=
−
 (6) 
trong đó, Qu [W] là công suất nhiệt hữu ích mà ống nhận được; Cp [J/(kg·K)] là nhiệt dung riêng 
đẳng áp của nước; to [oC] và ti [oC] lần lượt là nhiệt độ nước vào và ra khỏi miệng ống. 
Công suất nhiệt hữu ích mà ống nhận được có thể tính thông qua cường độ bức xạ ống hấp 
thụ được G [W/m2]; diện tích bề mặt hấp thụ năng lượng A [m2] và nhiệt tổn thất từ ống thủy 
tinh ra môi trường Ql [W] theo công thức [10]: 
.Gu lQ A Q= − (7) 
Nhiệt tổn thất Ql bao gồm cả tổn thất về dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ qua bề mặt ống. Theo 
[10], nhiệt này có thể xác định thông qua hệ số tổn thất nhiệt toàn phần Ul [W/(m2·K)] theo công 
thức sau: 
( )l l l aQ U A t t= − (8) 
trong công thức (8), lA [m2] là diện tích bề mặt có tổn thất nhiệt, t [oC] là nhiệt độ trung bình 
trên bề mặt ống còn at [oC] là nhiệt độ môi trường. 
Từ các điều kiện ban đầu và hệ số tổn thất nhiệt toàn phần Ul lấy theo [7], các công thức (7) 
và (8) giúp ta tính được công suất nhiệt hữu ích mà ống thủy tinh chân không nhận được. Sử 
dụng kết quả mô phỏng, ta xác định được nhiệt độ nước vào và ra khỏi ống. Cuối cùng, áp dụng 
công thức (6) ta tính được lưu lượng khối lượng nước tuần hoàn qua ống thủy tinh chân không. 
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT 
Phân bố vận tốc của nước trên mặt cắt dọc theo tâm ống và vuông góc với trục của bình được 
thể hiện trên Hình 4. Theo đó, sự phân chia dòng vào và ra của nước bên trong ống là khá rõ ràng. 
Phía trên ống là các dòng đi lên, quay trở lại bình còn phía dưới là các dòng từ bình đi xuống ống. 
Điều này có thể được giải thích là do sự chênh lệch khối lượng riêng của nước khi nhiệt độ thay đổi. 
Mô phỏng lưu động của nước trong bộ thu năng lượng mặt trời kiểu ống thủy tinh chân không 
137 
Hình 4. Phân bố vận tốc của nước tại mặt cắt dọc 
theo tâm ống. 
Hình 5. Véc tơ vận tốc của nước tại miệng ống. 
Để nghiên cứu kĩ hơn vấn đề trên, ta xét các véc tơ vận tốc tại miệng ống như trên hình 5. 
Trên hình, ta có thể thấy rõ các véc tơ ra và vào ống cũng như diện tích tương ứng mà nó đi qua. 
Vận tốc cực đại trong trường hợp mô phỏng này là 0,028 m/s. Cũng theo Hình 5, dòng nước ra 
khỏi ống có tốc độ lớn hơn dòng vào và phân bố ở phía trên của ống. Dòng vào phân bố phía dưới, 
tốc độ của nó nhỏ dòng ra hơn nhưng diện tích mà nó đi qua lại lớn hơn để đảm bảo việc cân bằng 
lưu lượng. Dựa vào kết quả mô phỏng ta có thể xác định chính xác tiết diện của dòng vào và dòng ra. 
Hình 6. Phân bố nhiệt độ của nước tại miệng ống. 
Phân bố nhiệt độ nước tại miệng ống được thể hiện trên Hình 6. Phần phía trên, nhiệt độ 
của nước cao nhất đạt 63,60 oC còn phía dưới nhiệt độ thấp hơn, chỗ nhỏ nhất là 60,46 o C. Dựa 
vào phân bố nhiệt độ này ta có thể tính nhiệt độ trung bình của nước ứng với từng phần diện tích 
mà nước vào và ra khỏi ống đã được xác định ở trên. Sử dụng kết quả mô phỏng CFD ta cũng 
xác định được nhiệt độ trung bình trên bề mặt ống t . Với các giá trị nhiệt độ vừa tính được, các 
công thức (6), (7) và (8) giúp ta tính được lưu lượng nước tuần hoàn qua ống. 
Kết quả tính toán lưu lượng nước tuần hoàn qua ống phụ thuộc nhiệt độ ban đầu của nước 
và cường độ bức xạ mà ống nhận được thể hiện trên Hnh 7. Từ các kết quả, ta thấy lưu lượng 
khối lượng của nước tuần hoàn qua ống tăng mạnh khi cường độ bức xạ mà ống nhận được tăng. 
Nhiệt độ nước tăng cũng làm lưu lượng nước tuần hoàn cũng tăng lên. Trong phạm vi nghiên 
cứu, lưu lượng nước tuần hoàn qua ống nhỏ nhất là 0.00959 kg/s tại chế độ (tf,0 = 35 oC, G = 450 
W/m2, ξ = 90 o) và lớn nhất là 0,01454 kg/s tại chế độ (tf,0 = 60 oC, G = 750 W/m2, ξ = 90 o). 
Tạ Văn Chương, Nguyễn Nguyên An, Nguyễn Quốc Uy 
138 
Hình 7. Lưu lượng tuần hoàn phụ thuộc nhiệt độ 
nước và cường độ bức xạ mà ống nhận được. 
Hình 8. Lưu lượng tuần hoàn phụ thuộc nhiệt độ 
nước và góc chắn tia trực xạ. 
Sự phụ thuộc của lưu lượng nước tuần hoàn vào góc chắn tia trực xạ được thể hiện trên 
Hình 8. Theo kết quả này, nếu cùng giá trị nhiệt độ nước và cường độ bức xạ hấp thụ thì lưu 
lượng nước tuần hoàn khi tia bức xạ chiếu thẳng đứng (ξ = 90 o) sẽ nhỏ hơn khi tia bức xạ chiếu 
xiên. Tại nhiệt độ 60 oC và cường độ bức xạ mà bề mặt hấp thụ là 600 W/m2 thì lưu lượng khối 
lượng nước tuần hoàn qua ống khi góc chắn tia trực xạ là 90 o và 45 o lần lượt là 0,01325 kg/s và 
0,01360 kg/s. Sự tăng lưu lượng tuần hoàn khi góc chắn của tia trực xạ khác 90 o được giải thích 
là do diện tích nhận bức xạ dịch chuyển sang mặt bên làm nước trong ống được đốt nóng ở phần 
diện tích này có xu hướng đi lên phía trên dễ dàng hơn, làm tăng quá trình lưu động của nước. 
5. KẾT LUẬN 
Bài báo đã tiến hành nghiên cứu quá trình lưu động của nước trong bộ thu năng lượng mặt 
trời kiểu ống thủy tinh chân không với nhiều chế độ phụ thuộc vào cường độ bức xạ mà ống hấp 
thụ được, nhiệt độ nước trong bình và góc chắn tia trực xạ. Kết quả mô phỏng cho thấy tốc độ và 
lưu lượng nước tuần hoàn qua ống tăng mạnh khi cường độ bức xạ mà ống nhận được tăng. 
Ngoài ra, nhiệt độ nước trong bình và góc chắn của tia trực xạ cũng ảnh hưởng đến quá trình lưu 
động của nước. Các kết quả này cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu sự phân tầng nhiệt độ 
trong bình chứa và tính toán xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của nước trong ống, là một 
thông số hoạt động quan trọng của bộ thu. Một mô hình thí nghiệm để kiểm chứng các kết quả 
mô phỏng cũng như việc sử dụng các kết quả mô phỏng để tính hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của 
nước trong ống thủy tinh chân không sẽ được chúng tôi sẽ trình bày ở bài báo sau. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Shoufeng Qiu, Matthias Ruth, Sanchari Ghosh - Evacuated tube collectors: A notable 
driver behind the solar water heater industry in China, Renewable and Sustainable Energy 
Reviews 47 (2015) 580–588. 
2. Sabiha M.A., Saidur R., Saad Mekhilef, Omid Mahian. - Progress and latest 
developments of evacuated tube solar collectors, Renewable and Sustainable Energy 
Reviews 51 (2015) 1038–1054. 
3. Indra Budihardjo, Graham L. Morrison, Masud Behnia - Natural circulation flow through 
water-in-glass evacuated tube solar collectors, Solar energy 81 (2007) 1460-1472. 
Mô phỏng lưu động của nước trong bộ thu năng lượng mặt trời kiểu ống thủy tinh chân không 
139 
4. Hoàng An Quốc, Lê Chí Hiệp, Hoàng Dương Hùng - Chế tạo và thử nghiệm ống nhiệt 
mặt trời loại chân không trong điều kiện Việt Nam, Khoa học và Công nghệ nhiệt 74 
3/2007 (8-11). 
5. Ruobing Liang, Liangdong Ma, Jili Zhang, Dan Zhao - Experimental study on thermal 
performance of filled-type evacuated tube with U-tube, Heat Mass Transfer 48 (2012) 
989–997. 
6. Morrison G. L., Budihardjo I., Behnia M. - Measurement and simulation of flow rate in a 
water-in-glass evacuated tube solar water heater, Solar energy 78 (2005) 257-267. 
7. Abdul Waheed Badar, Reiner Buchholz, Felix Ziegler - Experimental and theoretical 
evaluation of the overall heat loss coefficient of vacuum tubes of a solar collector, Solar 
Energy 85 (2011) 1447–1456. 
8. Arturo Alfaro-Ayala J., Guillermo Martínez-Rodríguez, Martín Picón-Núñez, 
Agustín R. Uribe-Ramírez, Armando Gallegos-Muñoz - Numerical study of a low 
temperature water-in-glass evacuated tube solar collector, Energy Conversion and 
Management 94 (2015) 472–481. 
9. Johane Bracamonte, José Parada, Jesús Dimas, Miguel Baritto - Effect of the collector tilt 
angle on thermal efficiency and stratification of passive water in glass evacuated tube 
solar water heater, Applied Energy 155 (2015) 648–659. 
10. Park S. R., Pandey A. K., Tyagi V. V., Tyagi S. K. - Energy and exergy analysis of typical 
renewable energy systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews 30 (2014) 105–123. 
ABSTRACT 
SIMULATION OF WATER FLOWS IN EVACUATED TUBE SOLAR COLLECTORS 
Ta Van Chuong1, *, Nguyen Nguyen An1, Nguyen Quoc Uy2 
1School of Heat Engineering and Refrigeration , Hanoi University of Science and Technology, 
1 Dai Co Viet Road, Ha Noi 
 2Faculty of Energy Technology, Electric Power University, 235 Hoang Quoc Viet Road, Ha Noi 
*Email: chuong.tavan@hust.edu.vn 
The circulation of water in evacuated tube solar collectors has a major influence on the 
process of receiving and transmitting solar energy, so that it directly influences the performance 
of collectors. Thus, a simulation of water flows in the collector was developed in the paper. The 
process was studied in various modes depending on the total absorbed radiation that evacuated 
tubes absorb, the average water temperature and the transverse incidence radiation angles. The 
simulation results show that the mass flow rate of water through the tube increases considerably 
when the total absorbed radiation increases. In addition, the average water temperature in system 
and transverse incidence radiation angles also affect the flow of water. These results can be used 
to study the temperature stratification in the tank as well as calculate the convective heat transfer 
coefficient of water in the tube, which is an important performance parameter of the collectors. 
Keywords: mass flow rate; velocity; natural circulation; evacuated tube.