【摘要】：平板太陽能集熱器由于結(jié)構(gòu)簡單、承壓性好、與建筑一體化程度高,成為當今太陽能利用研究的熱點。但現(xiàn)有平板太陽能集熱器板存在著設計效率低,制造成本高等問題。為了提高平板太陽能集熱器的效率和降低其制造成本,本文采用計算流體動力學技術(shù),從平板太陽能集熱器外部結(jié)構(gòu)因素和內(nèi)部工況因素兩個角度同時切入,重點研究了集熱板厚度和材質(zhì)、流體通道管間距、空氣夾層厚度對集熱器性能的影響；分析了不同濃度的氧化石墨烯納米流體傳熱工質(zhì)在流體通道內(nèi)的流動與傳熱機理,得到了一種新型的流體傳熱工質(zhì)；探討了流體通道的直徑、管壁熱流密度與流體進口速度對集熱器性能的影響。研究結(jié)果表明：集熱器集熱板厚度到達0.6mm后,繼續(xù)增加集熱板厚度對集熱器的效率提升很微小,當集熱板材質(zhì)采用鋁時集熱器效率僅比銅材質(zhì)低2.36%；流體通道管間距W越小和集熱板厚度δ越大,集熱器的效率因子越大；空氣夾層厚度對集熱器的熱損失影響較大,空氣夾層厚度越大夾層內(nèi)對流損失越小,空氣夾層厚度應選30～40mm為宜。氧化石墨烯納米流體作為傳熱工質(zhì)時能顯著地提高流體傳熱性能,但不同濃度的納米流體差別較小；當流體通道管徑越大、管壁上加載熱流密度越大和流體入口速度越大時管內(nèi)流體流動達到湍流狀態(tài),此時管壁與流體的換熱更充分。
【學位授予單位】：上海應用技術(shù)學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK513.1
【圖文】：

第３頁逡逑典型的平板太陽能集熱器一般由透明蓋板、集熱板、流體通道、保溫層Ｗ及外殼邊逡逑框等幾部分組成。圖１．３是典型的平板太陽能集熱器橫截面圖，圖中１為透明蓋板，２逡逑為集熱板，３為保溫層，４為流體通道Ｉ邋５為外殼邊框。逡逑巧１．３平板太陽能窠巧器的巧栽面圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｆｌａｔ－ｐｌａｔｅ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ逡逑（１）

映集熱器結(jié)構(gòu)設計與集熱器性能關(guān)系的一個重要參數(shù)。對于不同的結(jié)構(gòu)設計的集熱板，逡逑其效率因子也有很大的不同。本文中的平板太陽能集熱器的集熱板結(jié)構(gòu)形式可看作管翼逡逑式，如圖２．５所示。逡逑圖２．５管冀式集熱板結(jié)構(gòu)示意圖邐Ｖ逡逑Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｔｕｂｅ－ｗｉｎｇ邋ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ邋ｐｌａｔｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋出ａｇｒａｒａ逡逑對營翼式集熱板結(jié)構(gòu)的集熱器集熱效率因子由（＾下式表示：逡逑Ｗ邐１邐Ｉ邋１邐（２－２７）逡逑＋邋（Ｗ－Ａ）］Ｆ逡逑式中：０。為流體管道的外徑，ｍ；邐？是流體管道的內(nèi)徑，ｍ；邋Ｗ為兩流體道之間的逡逑中也距，ｍ；邐是流體管道內(nèi)對流換熱系數(shù)，Ｗ／（ｍ２‘Ｋ）；邋Ｆ是翅片效率。從式（２－２７）逡逑中可知集熱器的效率因子隨著集熱板厚度、寬度、集熱板導熱系數(shù)、總損失系數(shù)、流體逡逑管道內(nèi)徑化及傳熱工質(zhì)與管壁間的對流換熱系數(shù)等幾個變化量而變化。逡逑２．３．２平板太陽能集熱器的熱轉(zhuǎn)移因子逡逑集熱器熱轉(zhuǎn)移因子是集熱器工質(zhì)流經(jīng)流體通道時溫度不斷升高情況下的有益能與逡逑整個集熱器處于極熱工質(zhì)入口溫度下計算得到有益能的比值，也可稱為兩者等量關(guān)系的逡逑修正系數(shù)。它是綜合反映集熱板的傳熱性能和流體對流換熱對集熱器熱性能影響的無量逡逑綱參數(shù)。集熱器熱轉(zhuǎn)移因子可用下式表示：逡逑｜ｎＣｐ（７｝0－ｒ＂）邐。＿２８）逡逑Ａ＾［Ｓ－Ｕ，（Ｔ＾，－Ｔ＾）］逡逑集熱器熱轉(zhuǎn)移因子是評價集熱器性能一個很方便的計算式，因為集熱器的傳熱工質(zhì)逡逑的流量、流體進出曰溫度、環(huán)境溫度在實驗

３．６．１集熱板溫度分布與傳熱特性逡逑從集熱效率計算式（２－３０）可知集熱板溫度與效率密切相關(guān)，集熱板溫度可反映內(nèi)逡逑部傳熱特性。圖３．５反映了集熱板溫度分布情況，集熱板在靠近流體進口處由于冷流體逡逑的冷卻影響溫度較低，尤其在集熱板與流體通道相接觸處其溫度更低些。隨著流體沿流逡逑體通道流動過程中被逐漸加熱，遠離進口處的集熱板溫度逐漸升高并達到穩(wěn)定狀態(tài)，集逡逑熱板上最大溫度可達３４０Ｋ左右。由于平板太陽能集熱器內(nèi)空氣夾層厚度一般較小，集逡逑熱板上表面熱量損失主要與夾層內(nèi)的空氣Ｗ對流方式實現(xiàn)。圖３．６反映了集熱板表面努逡逑賽爾數(shù)分布情況，其與集熱板的溫度分布恰好相一致，這說明了在集熱板溫度高的區(qū)域逡逑表面與夾層內(nèi)空氣的對流換熱程度更加劇烈，在集熱板表面離溫區(qū)域集熱器內(nèi)部的對流逡逑換熱損失更大。因此，如果想提高平板太陽能集熱器的熱效率，降低集熱板的溫度是十逡逑分關(guān)鍵的。逡逑ｉ邋ｍ邐呂：卻著姦：ｉｔ！逡逑ＩＥ邋‘；眶ｊ邐．邋ＥＩ邋Ｉ邋ｉ｜逡逑－ｔ邋喻Ｉ灥Ｉ逡逑Ｉ邋Ｌｉ邐１１．０１！逡逑圖３．５集巧扳溫度分布（單位：Ｋ）邐圖３．６集熱板努巧爾巧分布逡逑Ｆｉｇ．邋３．５邋Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ邋ｐｌａｔｅ邋（Ｋ）邋Ｆｉｇ．邋３．６邋Ｎｕｓｓｅｌｔ邋ｎｕｍｂ巧邋ｏｆ邋ｃｏＵｅｃｔｏｒ邋ｐｌａｔｅ逡逑３．６．２蓋板溫度分布與傳熱特性逡逑透明蓋板既是集熱器保溫部件又是集熱器熱量損失的主要部件，平板太陽能集熱器逡逑的熱量主要從頂部的蓋板中散失出去。圖３．７反映了蓋板的溫度分布情況

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 柴婷;胡海濤;丁國良;張科;李宏達;尉永魁;;太陽能真空管集熱器管中心距的優(yōu)化與應用[J];機電工程;2011年11期

2 趙媛,趙慧;我國太陽能資源及其開發(fā)利用[J];經(jīng)濟地理;1998年01期

3 崔永亮;丁昀;楊慶;張濟世;;百葉形和方形蜂窩結(jié)構(gòu)抑制平板集熱器熱損失數(shù)值模擬[J];節(jié)能技術(shù);2008年05期

4 倪貝;丁昀;楊慶;;直流式系統(tǒng)中平板型太陽能集熱器數(shù)值模擬研究[J];節(jié)能技術(shù);2011年01期

5 劉志;趙德龍;;提高平板型集熱器熱效率的方法探究[J];科技致富向?qū)?2011年27期

6 趙冰;王志峰;劉榮厚;候宏娟;愈堅;;兩種太陽集熱器的熱性能對比分析[J];可再生能源;2006年03期

7 周炫;代彥軍;;太陽能平板集熱器優(yōu)化及集熱性能研究[J];建筑科學;2014年12期

本文編號：2792546