具有玻璃管蜂窝盖板的太阳能空气集热器的研究

【摘要】： 太阳能是最重要的可再生能源,它具有分布广泛、利用方便等优点。太阳能热利用的关键是太阳能集热器,如何减少其热损失是该领域研究的重点。透明蜂窝材料既能透过太阳辐射又具有优良的隔热性能,在太阳能集热器中有广阔的应用前景。本课题研究一种具有薄壁玻璃管透明蜂窝盖板的太阳能空气集热器,主要包含以下内容: 1.设计制作了以薄壁玻璃管为蜂窝单元的透明蜂窝盖板,应用于平板型太阳能空气集热器,并对其进行了试验和模拟分析。对五种具有不同尺寸的透明蜂窝盖板的太阳能集热器进行试验研究。重点研究在小高宽比(L/D＜3)下,蜂窝的孔径、高宽比等因素对阳光透过率和集热效率的影响。结果显示:在试验条件下,当蜂窝直径相同,高宽比不同时,集热器出口温度相差较大,高宽比小的温度高,最大温差约为10℃;当蜂窝直径不同,高宽比相同时,集热器出口温度相差不大。有蜂窝与无蜂窝,最大温差约为12℃。 2.透过率是影响透明蜂窝性能的重要指标之一。针对现有计算关系式较为复杂的问题,作者通过对玻璃管蜂窝单元的分析,推导出关于蜂窝结构透过率的简单计算式。该计算式仅于蜂窝的高宽比L/D以及材料的光学性质有关,而与蜂窝的具体尺寸无关。 3.利用FLUENT软件,对不同直径、不同高宽比的多种蜂窝进行了数值模拟,研究蜂窝高宽比、直径、放置角度等因素对蜂窝内流场及温场的影响。结果表明:试验所采用的几种玻璃管蜂窝,因几何尺寸较大,内部的自然对流都没有被抑制住。只有当蜂窝垂直放置、且直径较小≤10mm时才能抑制住自然对流。倾斜放置的蜂窝,内部均有自然对流。蜂窝内流场强度随蜂窝直径的增大而增强。对相同直径的蜂窝,内部对流强度随其高宽比的增大而减弱。模拟结果对实际应用时,选用透明蜂窝结构有一定的指导意义。 4.对平板式太阳能空气集热器的有效得热及各部分散热做了详细分析与理论计算,并在此基础上计算出试验用集热器的热效率,得出了与试验测试结果基本一致的结论。 5.最后,作者对V型槽聚光器的聚光特性进行了详细分析,并推导出不同情况下聚光度与几何聚焦比、光线入射角的计算关系式。通过计算表明,V型槽聚光器的最大聚光倍数为3。并给出适合应用的V型槽的仰角及几何聚焦比的取值范围,用于指导其在聚光型太阳能集热器以及聚光型太阳能光伏系统中的应用。 【关键词】：太阳能空气集热器 热效率 透明蜂窝 透过率 高宽比 聚光器
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 概述12-13
• 1.2 太阳能的热利用13-16
• 1.2.1 太阳能简介13-14
• 1.2.2 我国的太阳能资源14-15
• 1.2.3 太阳能利用的特点15-16
• 1.2.4 太阳能热利用的领域16
• 1.3 太阳能集热器16-20
• 1.3.1 集热器原理及分类16-17
• 1.3.2 太阳能空气集热器及其特点17-19
• 1.3.3 空气集热器中的透明蜂窝盖板19-20
• 1.4 透明隔热材料与透明蜂窝的研究现状20-24
• 1.5 论文的主要研究目标24-25
• 第二章 平板型太阳能空气集热器的结构设计25-34
• 2.1 集热器结构及工作原理25-26
• 2.2 透明盖板26-30
• 2.2.1 普通透明盖板26-27
• 2.2.2 透明蜂窝盖板27-30
• 2.3 吸热板30-32
• 2.3.1 吸热板的材料30
• 2.3.2 选择性吸收涂层30-31
• 2.3.3 吸热板结构设计31-32
• 2.4 保温材料32
• 2.5 外壳32-33
• 2.6 小结33-34
• 第三章 试验测试装置34-40
• 3.1 太阳辐射测量34-37
• 3.1.1 太阳辐射34
• 3.1.2 直接辐射的测量34-35
• 3.1.3 总辐射的测量35-36
• 3.1.4 辐射记录仪36-37
• 3.2 温度测量37-39
• 3.2.1 测温仪器37-38
• 3.2.2 测温点布置38-39
• 3.3 透过率测试39
• 3.4 小结39-40
• 第四章 玻璃管蜂窝盖板太阳能集热器的试验研究40-48
• 4.1 试验装置与测试40-42
• 4.2 试验结果与分析42-46
• 4.2.1 集热器出口空气温度分析42-44
• 4.2.2 蜂窝盖板外表面温度分析44-46
• 4.3 热效率计算46-47
• 4.4 小结47-48
• 第五章 玻璃管蜂窝盖板透过率的计算48-56
• 5.1 二维简化算法48-51
• 5.1.1 光路分析与计算式推导48-50
• 5.1.2 光线入射角的计算50
• 5.1.3 试验用蜂窝盖板透过率计算与分析50-51
• 5.2 三维积分算法51-53
• 5.2.1 光路分析51-52
• 5.2.2 计算式推导52-53
• 5.3 两种算法比较53-54
• 5.4 透过率试验测定54-55
• 5.5 小结55-56
• 第六章 透明蜂窝结构与空气集热器的数值模拟56-74
• 6.1 Fluent软件简介56-57
• 6.2 蜂窝模型的建立57
• 6.3 针对试验尺寸蜂窝的模拟57-60
• 6.4 针对扩展尺寸蜂窝的模拟60-69
• 6.4.1 蜂窝直径相同、高度不同60-66
• 6.4.2 蜂窝高度相同、直径不同66-69
• 6.5 集热器内部流场的数值模拟69-72
• 6.5.1 单进口、单出口集热器69-71
• 6.5.2 单进口、双出口集热器71-72
• 6.6 小结72-74
• 第七章 太阳能空气集热器的热分析和计算74-84
• 7.1 集热器有效吸收的太阳辐射74-75
• 7.1.1 倾斜面上的太阳辐射74-75
• 7.1.2 吸热板吸收的太阳辐射75
• 7.2 集热器总热损失系数的计算75-81
• 7.2.1 顶部热损失系数76-79
• 7.2.2 底部热损失系数79-80
• 7.2.3 侧面热损失系数80
• 7.2.4 总散热系数计算80-81
• 7.3 集热器的热效率分析81-82
• 7.4 试验用空气集热器的热效率计算82-83
• 7.5 小结83-84
• 第八章 V型槽聚光集热器的理论和试验研究84-92
• 8.1 研究背景84-85
• 8.2 V型槽聚光器光学特性分析85-89
• 8.2.1 参数说明85-86
• 8.2.2 研究方法86
• 8.2.3 能量聚焦比E与几何聚焦比C和入射角的关系86-88
• 8.2.4 V型槽的最大能量聚焦比与V型槽的有效利用率88-89
• 8.3 V型槽聚光器的性能测试89-90
• 8.3.1 V型槽聚光器的制备与测试89
• 8.3.2 结果与分析89-90
• 8.4 V型槽在集热器上的应用90-91
• 8.5 V型槽在光伏电池系统的应用91
• 8.6 小结91-92
• 全文总结及展望92-94
• 参考文献94-99
• 攻读学位期间发表的学术论文99-100
• 致谢100

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