平板型雙流道太陽能空氣集熱器熱性能研究.pdf

1、太陽能空氣集熱器是太陽能熱利用的主要裝置之一，以其結(jié)構(gòu)簡單、成本適中、維護方便、沒有防凍問題等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于農(nóng)副產(chǎn)品干燥、建筑供暖、海水淡化等領(lǐng)域。
　　本文結(jié)合太陽能空氣集熱器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以市場上應(yīng)用廣泛的液體介質(zhì)平板型太陽能集熱器為基體，在其長度方向上以對角線加工形成空氣雙流道，提出一種平板型雙流道太陽能空氣集熱器。為測試其熱性能，本文搭建空氣集熱器實驗測試平臺，并對實驗結(jié)果進行分析，結(jié)果表明：（1）在太陽輻射強度及環(huán)境

2、溫度平均值分別為535.2W/m2和22.2℃、空氣質(zhì)量流量為0.024kg/s時，基于采光面積的集熱效率平均值與最大值分別為51.29％和53.93%，空氣最大溫升與最大溫差分別為60.4℃和40.6℃，熱遷移因子為0.55（2）獲得了熱遷移因子與效率的線性關(guān)系。
　　本文建立平板型雙流道太陽能空氣集熱器的數(shù)學(xué)模型，理論分析空氣在集熱器內(nèi)部的換熱過程，推導(dǎo)出空氣出口溫度的數(shù)學(xué)表達式，理論計算結(jié)果與實驗結(jié)果最大相對誤差為4.9%。

3、并且理論研究空氣質(zhì)量流量、空氣流道結(jié)構(gòu)對集熱性能的影響，研究結(jié)果顯示：（1）空氣質(zhì)量流量對集熱性能有著顯著的影響，但其流量值應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，以保證較好的集熱性能（2）當(dāng)空氣流道高度與總高度比例系數(shù)為0.5時，集熱器可獲得最大集熱效率與最佳熱性能。
　　同時，本文利用 Gambit軟件得到空氣集熱器三維模型，使用 Fluent軟件模擬其熱性能，對比模擬結(jié)果與實驗結(jié)果以驗證此數(shù)值模擬方法的正確性，結(jié)果表明：空氣出口溫度的相對誤差

4、最大值為8.9%，且模擬和實驗值的變化規(guī)律顯示出較好的一致性。當(dāng)太陽輻射強度、環(huán)境溫度和進口溫度值分別為745.3W/m2、21.3℃和25.8℃時，對角線式空氣流道使吸熱板溫度呈現(xiàn)分布不均勻現(xiàn)象，在其表面左下方和右上方產(chǎn)生局部高溫（最高溫度值為398K）和流動死區(qū)。為減少熱損失以及改善吸熱板溫度分布狀況，提出一種優(yōu)化方案，對優(yōu)化后的模擬進行模擬研究，結(jié)果顯示：優(yōu)化后模型的吸熱板最高溫度僅為349K，空氣出口高達62.0℃，可解決吸熱板

5、與空氣換熱不充分問題，減少熱損失，提高集熱效率。
　　最后，利用Fluent軟件數(shù)值模擬不同參數(shù)對平板型雙流道太陽能空氣集熱器熱性能的影響，得到不同參數(shù)對其性能影響的關(guān)系曲線，結(jié)果表明：（1）太陽輻射強度對空氣出口溫度影響顯著，而對集熱效率影響較?。?）隨著空氣質(zhì)量流量增加，空氣出口溫度不斷降低，而集熱效率則不斷增加，同時，當(dāng)空氣質(zhì)量流量超過0.04kg/s后，并未有效提升集熱器熱性能，且增加了電能的消耗（3）隨著進口溫度的不斷增

6、加，空氣出口溫度變化呈線性升高，而集熱效率呈線性減少趨勢（4）空氣出口溫度與集熱效率都隨著環(huán)境溫度的升高而呈線性增加，但環(huán)境溫度對集熱器性能的影響并不顯著（5）隨著吸熱板厚度的增加，空氣出口溫度與集熱效率均出現(xiàn)先增加后趨于平穩(wěn)的變化規(guī)律，當(dāng)吸熱板厚度超過0.35mm之后對于集熱器性能提高沒有實際意義。
　　本文采用實驗、理論與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究自行設(shè)計的平板型雙流道太陽能空氣集熱器的熱性能，為今后太陽能空氣集熱器的優(yōu)化設(shè)計、