平板式太阳能空气集热器的实验研究和数值模拟

摘要

平板型太阳能空气集热器是一种利用空气作为工作介质的太阳能集热装置,特别适用于建筑采暖、工农业除湿、农产品干燥等领域。如何进一步提高太阳能空气集热器的热效率,是太阳能空气集热器得以广泛推广的关键。本课题围绕提高太阳能空气集热器的热效率,分别从试验和计算机数值模拟两方面进行研究,具体内容如下:
　　 1.对平板式空气集热器的流道高度进行改进,并对其进行试验测量。结果表明,集热器的流道高度降低后,流道断面的平均流速提高,空气与吸热板间的表面传热系数明显增大,集热器出口的空气温度上升,虽然流动阻力增大,但是热效率明显提高,相对于高流道的集热器,在相同条件下,瞬时效率高出约10％左右。
　　 2.对集热器的进口和出口流道进行改进,用实验方法测试比较了流道改进后的集热器性能。采用改进后的进出口流道,使空气均匀的流过吸热板,大大减少了集热器内部的流动死区,增加了吸热板与空气的有效换热面积,提高了集热器的热效率,在相同条件下,热效率可提高20％左右。
　　 3.采用数值模拟的方法,分析进出口流道改进后集热器内部空气的流场、温场的分布情况。结果表明,在V型吸热板的扰动下,流道内产生的周期性节流与喷射效应,使吸热板与空气间的传热大大加强。传统集热器中心截面处有较大的漩涡,造成气流短路,使吸热板有效换热面积减小,降低了热效率。传统集热器中心截面上温度分布不均匀,吸热板上有局部高温区；而改进后集热器中心截面温度分布均匀,吸热板的平均温度低于传统集热器。
　　 4.简要介绍了透明蜂窝结构,对带透明蜂窝空气集热器的研究情况做了简要的总结。在前人研究蜂窝空气集热器的基础上,介绍了本文设计的聚碳酸酯蜂窝平板型空气集热器的结构,并对其做了实验测试。实验数据表明,在相同条件下透明蜂窝盖板的空气集热器瞬时效率最高达53％,比普通盖板空气集热器高出15％左右。
　　 5.介绍了射流冲击原理,对射流冲击的研究情况做了简要的总结。阐述了本文设计的射流冲击式空气集热器的结构,流道布置和吸热板的设计等,并对其做了实验测试,实验数据表明,集热器性能优良。对其进行了效率分析,在空气流量较小时,热效率明显高于普通V型吸热板空气集热器。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 能源概述

1.2 太阳能简介

1.3 太阳能利用基本方式

1.4 太阳能集热器

1.4.1 太阳能集热器分类

1.4.2 太阳能空气集热器

1.5 太阳能空气集热器的研究进展

1.6 论文的主要研究目标

第2章 平板式太阳能空气集热器流道改进的实验研究

2.1 实验测试

2.1.1 实验仪器

2.1.2 实验过程

2.1.3 实验数据分析

2.2 热效率计算

2.3 本章小结

第3章 平板式集热器进出口优化设计和实验研究

3.1 进口和出口流道的初步设计和试验测试

3.1.1 进口和出口流道的初步设计

3.1.2 实验测试

3.1.3 实验数据分析

3.2 进口和出口流道的二次设计和实验测试

3.2.1 进口和出口流道的二次设计

3.2.2 实验测试

3.2.3 实验数据分析

3.3 集热器热效率计算

3.4 本章小结

第4章 集热器进出口流道改进后的数值模拟

4.1 模型的建立

4.2 数值模拟过程

4.3 计算结果与分析

4.4 本章小结

第5章 带有蜂窝盖板的太阳能空气集热器的实验研究

5.1 透明蜂窝的研究现状

5.2 透明蜂窝盖板集热器的设计

5.3 透明蜂窝盖板集热器的实验测试和热效率分析

5.4 本章小结

第6章 射流冲击式空气集热器的设计和实验研究

6.1 射流冲击的特点和研究现状

6.2 射流冲击式集热器的设计

6.2.1 框架和盖板的设计

6.2.2 集热器进出口流道的布置

6.2.3 吸热板的设计

6.3 射流冲击式集热器的实验测试

6.4 射流冲击式集热器的热效率分析

6.5 本章小结

第7章 全文总结和展望

7.1 研究工作总结

7.2 存在的问题以及未来的研究方向

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文和专利