太阳能加热空气系统热性能的研究

摘要

本研究提出一种采用折型带孔集热板作为集热部件的新型太阳能加热空气系统，并对该系统的热性能进行研究，运用实验测试和Fluent数值仿真两种方法进行观察分析。从实验到理论，循序渐进地分析了太阳辐射强度、系统出口风速分别对系统的集热效率和出口空气温度的影响；集热板板型、系统进口位置、上部空气通道间距对集热板温度场的影响；并评价了既采用的保温措施对折型带孔集热板太阳能加热空气系统的保温效果以及系统在夏季对建筑的遮阳、空调房间的通风效果。
　　 经过一个过渡季全新风工况下的实验测试和后期的数值仿真模拟，对大量数据进行整理归类和分析讨论，主要得出如下的结论：(1)折型带孔集热板相对于直板型集热板更能强化集热板和空气之间的换热。(2)太阳辐射强度对系统集热效率的影响不是同步进行，存在滞后现象，即太阳辐射强度最高值出现时间滞后于系统效率最高值出现时间；但太阳辐射强度是系统出口空气温度的决定性因素，两者有一致的变化规律。(3)系统出口风速越大，系统集热效率越高，但系统出口空气温度相对较低，为了保持系统的高效运行，系统出口风速存在一个最佳区间；引入▽(单位面积单位辐射强度下空气流经系统后温度筹值)作为考察系统出口风速对出口处空气温度的影响，▽存在一个合理的区间。(4)集热系统的结构对集热板温度场有着较人的影响，集热板采J}J不一致的开孔尺寸(靠近系统进口上部开孔大，下部开孔小)比集热板采用一致的开孔尺寸更能均匀集热板的温度场；采用中间进风的形式比采用边侧进风的形式更能改善集热板横向温度场的不均匀性，但并没有改变局部过热的问题；通过增大集热箱体内上部空气通道的间距可以改善整个集热板的热不均匀性，且集热板各部分之间不会出现过大的温差。(5)实验中系统采用的保温措施(内附20mm厚塑料泡沫)造成系统对外的热损失较大，导致系统内下部空气温度场自上而下差异比较大，采用20mm厚聚苯乙烯做外保温可改善系统的保温性能。(6)夏季系统通过对建筑物的遮阳作用或者采用与建筑一体化的措施后，相对于直接被太刚照射的建筑表面，建筑表面温度可实现较大幅度的降温；同时系统通过自然对流作用可改善空调房间空气质量而不会造成能源的过度浪费。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1研究背景

1.1.1 太阳能空气加热系统的发展

1.1.2 太阳能空气集热系统研究情况

1.1.3 太阳能空气集热系统的实际工程应用

1.2 课题的提出

1.3 本论文主要研究内容和方法

1.3.1研究内容

1.3.2研究方法

2 本研究的基础理论

2.1太阳能加热空气系统的热性能评价

2.2实验研究分析的基础理论

2.3太阳能加热空气系统中CFD理论应用

3 采用折型带孔集热板太阳能加热空气系统

3.1集热箱体结构与特点

3.2太阳能加热空气系统的采暖和降温换气模式

3.2.1系统的采暖模式

3.2.2系统的降温换气模式

3.3 系统的热性能影响因素

4 太阳能加热空气系统的实验研究

4.1. 实验概况

4.1.1.实验窒概况及实验装置

4.1.2.测量参数及仪表

4.1.3测点布置和测试工况

4.2. 实验结果的考察与分析

4.2.1 太阳辐射强度对太阳能加热空气系统效率的影响

4.2.2. 太阳辐射强发对集热箱体出口空气温度的影响

4.2.3. 空气流速对太阳能加热空气系统集热效率的影响

4.2.4. 空气流速对太阳能加热空气系统出口温度的影响

4.2.5. 太阳能加热空气系统集热板温度场的分析

4.2.6. 太阳能加热空气系统下部空气通道温度场的分析

4.2.7. 太阳能加热空气系统热损失的分析

4.2.8. 太阳能加热空气系统夏季工况分析

4.3. 实验结果的工程应用

5.太阳能加热空气系统的数值模拟研究

5.1 物理模型描述

5.2 模拟计算及结果验证

5.2.1 模拟工况

5.2.2 模拟结果及验证

5.3 集热板板型对集热板温度场的影响

5.4 进口位置对集热板温度场的影响

5.5 上部空气通道间距对集热板温度场的影响

6. 结论

参考文献

附录

研究生期间发表论文

致谢