模块化无盖板太阳能空气集热器研究

摘要

太阳能空气集热器是一种新型的太阳能采暖设备，直接加热新风，减少热量损失，同时还能保证室内空气品质。但是，目前太阳能空气集热器技术尚未完全成熟，还有很大的开发潜力，研究开发高级热性能、低成本、布置灵活的太阳能集热器，是该技术推广应用的关键问题。本文研究的是从加工工艺、涂层和集热器结构三个方面出发，希望设计出价格低廉且具有适当集热性能的无盖板太阳能空气集热器。
　　首先，本文通过材料性能和成本两方面对涂层以及各种结构材料进行对比挑选，确定集热器各部分结构的材料，并利用所选材料合理设计集热板的结构。为了产品在各种环境下运输方便和布置灵活，集热器的框架结构采用模块化设计，将传统平板集热器划分为四个小单元标准模块。在设计框架结构的过程中，利用ANSYS软件对框架结构进行实时受力分析，在各种增强结构稳定性的方式中，最终选择添加加强筋和横梁的形式，使其正面抗风强度达到8级及以上。鉴于使用环境的不同，文中也给出了各种板厚的集热器在保证正常工作状态下相对应的抗风等级。
　　其次，为验证设计的合理性及为后期优化设计提供数据支撑，在宁南县搭建了实验平台。共设置8组对比试验，对比项目包括孔间距、孔大小和集热板表面涂层等。利用以上实验数据拟合出了一个计算集热板板温的公式，并利用该公式和FLUENT软件相结合，提出了一套更接近实际的模拟计算方法，大大缩减了模拟计算的时间。
　　最后，通过总结出的稳态模拟仿真办法，确定统一条件，对集热板的结构进行优化设计，使太阳能空气集热器的价格和集热效率都能同时达到相对较优。最终所设计集热器价格比同地区太阳能平板热水集热器低30％，同时集热效率也大大超过了设计要求的37％。
　　本文总结的结构因素影响集热效率的模拟方法和规律以及集热器价格提升和效率提升的关系都为实际工程选择提供了参考依据，为太阳能空气集热器的设计和应用提供借鉴意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 能源概况

1．1．2 太阳能的利用

1．1．3 无盖板太阳能空气集热器

1．1．4 课题研究目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 加工工艺

1．2．2 涂层

1．2．3 太阳能空气集热器

1．3 研究内容及方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

第二章 集热器选材及结构设计分析

2．1 集热器各部分材料的选择

2．1．1 集热板

2．1．2 涂层

2．1．3 保温材料

2．1．4 框架

2．2 各部分结构初步设计

2．2．1 集热板结构设计

2．2．2 流道厚度设计

2．2．3 模块化框架结构设计

2．2．4 加工工艺流程设计

2．3 整体结构受力分析

2．3．1 材料许用应力

2．3．2 恶劣环境下抗风和负载能力

2．4 成本分析

2．5 本章小结

第三章 模块化太阳能空气集热器实验研究

3．1 实验台搭建

3．1．1 实验原理

3．1．2 实验装置及工况设定

3．1．3 实验仪器

3．1．4 室外气象条件

3．2 实验结果与分析

3．2．1 集热性能评价指标

3．2．2 实验结果分析

3．3 本章小结

第四章 性能模拟与优化设计

4．1 物理模型和数学模型

4．1．1 物理模型

4．1．2 数学模型

4．2 边界条件设定

4．3 模拟与实验验证

4．4 集热器优化设计

4．4．1 统一设置条件

4．4．2 优化孔间距和孔径

4．5 本章小结

结论

致谢

参考文献