基于Boussinesq近似和理想气体定律的腔式吸热器对流热损失特性的比较研究

摘要

采用三维数值模拟方法比较研究了太阳能腔式吸热器在壁面与环境温差ΔT为10K~300K，空气密度分别处理为Boussinesq近似和理想气体定律情况下的对流热损失特性。将空气密度处理为Boussinesq近似和理想气体定律所得的结果均显示，随着温差ΔT的增大，靠近腔体内壁面的空气热边界层厚度减小，同时冷、热空气的入口流速和出口流速增大，从而使得吸热器腔体的对流热损失增大。但是，两种方法得到的吸热器腔体内部温度分布和采光口平面速度分布的差异随着温差的增大而愈显著。因此，当温差ΔT不超过80K时，采用Boussinesq近似和理想气体定律所得的吸热器对流热损失和对流Nusselt数的偏差百分比在10%以内，此时可将空气密度处理为Boussinesq近似；但是当温差较大时，如200K≤ΔT≤300K，两者偏差高达20%~40%，此时空气密度应按理想气体定律处理。