扰流平板式太阳能空气集热器的设计研究

【摘要】：能源是人类生存、经济发展、社会进步和现代文明不可缺少的重要支撑,在现代社会中占有及其重要的的地位。太阳能空气集热器因其冬季防冻、结构简单易于保养维修以及性价比高等优点深受人们喜爱,但因空气的热容量小,传热、蓄热能力较低,从而使得集热器的集热效率较低。本文对扰流平板式太阳能空气集热器进行研究,以扰流孔板作为核心部件,直接影响空气在流道内的走向,增强了传热效果,提高了集热效率。首先对扰流平板式太阳能空气集热器进行了理论分析研究,介绍了本设计的主要设计思想及其工作原理。然后通过试验研究的方法分析了各影响因素对集热器的影响程度,发现上流道式更适用于扰流平板式太阳能空气集热器。通过Fluent数值模拟软件比较了扰流平板式太阳能空气集热器和传统太阳能空气集热器,显示设计的集热器出口温度比传统集热器出口温度高,模拟的集热效率提高了29.12%;对本文集热器的传热和流动特性进行了模拟研究,针对不同送风速度和不同入口温度两方面进行了分析。最后应用正交试验的方法,得出影响集热效率的主次因素顺序为:空气流道高度扰流孔板间距与总长度之比孔板开孔面积与孔板面积之比,因素水平最优组合为:孔板开孔面积与孔板面积之比(a/A)为0.12,扰流孔板间距与总长度之比(d/L)为1/7,空气流道高度(H)为50mm,此时模拟出的集热效率达到80.46%。 【关键词】：太阳能空气集热器 扰流 集热效率 数值模拟
【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK513.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 研究的目的与意义8-10
• 1.1.1 研究目的8-10
• 1.1.2 研究意义10
• 1.2 国内外研究现状分析综述10-16
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13-16
• 1.2.3 发展趋势16
• 1.3 研究的主要内容16-18
• 1.4 技术路线18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 第二章 太阳能空气集热器设计20-32
• 2.1 太阳能空气集热器20
• 2.2 扰流平板式太阳能空气集热器的设计20-22
• 2.2.1 板设计20-21
• 2.2.2 扰流板上的开孔设计21
• 2.2.3 流道形式的选择21-22
• 2.3 集热器工作原理22
• 2.4 太阳辐射强度对空气集热器的作用22-25
• 2.4.1 照射到斜面上的太阳辐射22-24
• 2.4.2 集热器所吸收的太阳辐射24-25
• 2.5 集热器各部分的热损失25-27
• 2.5.1 集热器顶部热损失26
• 2.5.2 集热器底部热损失26-27
• 2.5.3 集热器侧面热损失27
• 2.6 空气集热器的热平衡方程27-28
• 2.7 集热器效率28-30
• 2.7.1 集热器实际获得的有效功率28
• 2.7.2 玻璃盖板与外界环境间的对流传热系数28
• 2.7.3 空气与吸热板之间的对流系数28-29
• 2.7.4 空气集热器阻力29
• 2.7.5 集热器效率的计算29-30
• 2.8 本章小结30-32
• 第三章 扰流平板式太阳能空气集热器的试验研究32-40
• 3.1 试验测试台32-33
• 3.2 太阳能空气集热系统的原理33
• 3.3 试验测试系统33-35
• 3.3.1 相关测试装置33-35
• 3.3.2 测点布置35
• 3.4 试验结果分析35-39
• 3.4.1 不同空气质量流量对集热效率的影响36-37
• 3.4.2 集热器出、入口温度和太阳辐射强度随时间的变化37
• 3.4.3 集热效率和太阳辐射强度随时间的变化37-38
• 3.4.4 上、下流道对扰流板间的温度影响38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 数值建模及正交试验40-50
• 4.1 Fluent软件概述40
• 4.2 数值计算模型的建立40-43
• 4.3 求解器及运行环境的设置43-45
• 4.3.1 模型形式选择43-44
• 4.3.2 边界条件的设定44-45
• 4.4 模拟验证45
• 4.5 正交试验45-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第五章 模拟结果优化分析50-60
• 5.1 扰流平板式太阳能空气集热器与传统集热器的对比50-51
• 5.2 扰流平板式太阳能空气集热器的云图分析51-55
• 5.3 模拟优化参数55-58
• 5.4 本章小结58-60
• 第六章 结论与展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-68
• 个人简历68

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