發(fā)布時(shí)間：2020-10-02 08:35

　　 太陽能具有普遍、巨大、長久、無害等優(yōu)點(diǎn),太陽能的應(yīng)用也得到了廣泛的重視。太陽能集熱器是把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能的裝置,廣泛應(yīng)用在空間加熱、農(nóng)作物的干燥、工業(yè)生產(chǎn)等方面。對(duì)于傳統(tǒng)的平板式太陽能空氣集熱器,空氣流過矩形通道的過程中,在壁面處形成很厚的粘性層流底層,導(dǎo)致吸熱板與空氣之間的換熱系數(shù)很低,熱損失大。為了提高集熱器的換熱效率,減少熱損失,需要對(duì)集熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善。大量研究表明,在吸熱板上設(shè)置人工粗糙元可以有效地改善集熱器的換熱情況。本文采用的人工粗糙元為帶有間隙的多重V形肋片,采用CFD數(shù)值模擬軟件對(duì)帶有間隙的多重V形肋片的太陽能空氣集熱器的傳熱及流動(dòng)特性進(jìn)行了研究。首先對(duì)三維物理模型進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)、湍流模型的選擇及有效性分析。然后計(jì)算了在不同的廊數(shù)下,間隙位置(d1/(w/2),d1/(w/2))、相對(duì)肋寬比(W/w)、肋片厚度S、肋片節(jié)距P、肋片高度e、肋片傾角α對(duì)集熱器的平均Nu數(shù)、摩擦阻力因子和熱性能因子的影響。計(jì)算結(jié)果表明,間隙位置為dl/(w/2)=0.33,d2/(w/2)=0.33時(shí),集熱器的壁面平均Nu數(shù)、摩擦阻力因子和熱性能因子均取得最大值。集熱器的熱性能因子隨著W/w的增大先增大后減小,當(dāng)W/w=6時(shí),熱性能因子,7最大,W/w=5時(shí)次之,W/w=1時(shí)最小。在Re=6000時(shí),隨著肋厚S的增大,集熱器的熱性能因子逐漸減小,在Re=9000-18000時(shí),隨著S的增大,集熱器的熱性能因子逐漸增大。肋片高度e=1mm、2m m和6mm時(shí),熱性能因子隨著節(jié)距的增大而減小,e=4mm時(shí),熱性能因子隨著節(jié)距的增大先減小后增大。隨著肋高的增大,熱性能因子先增大后減小,當(dāng)e=2mm時(shí),熱性能因子最大。隨著傾角α的增大,熱性能因子逐漸減小,a=30。的最大,a=45。的次之,a=75。的最小。在Re=9000-18000范圍內(nèi),帶間隙的肋片的熱性能因子比連續(xù)形肋片的熱性能因子大。對(duì)流動(dòng)特性的分析得出,帶有間隙的V形肋片與連續(xù)的V形肋片相比,間隙的存在可以提高間隙背風(fēng)面處的Nu數(shù)。但從間隙處流出的流體會(huì)破壞旋渦的流動(dòng),使旋渦提前消失,這一點(diǎn)不利于換熱。因此,應(yīng)綜合考慮間隙對(duì)集熱器換熱的影響。隨著節(jié)距的減小或肋高的增大,流體在整個(gè)通道中下降上升的次數(shù)增多,主流的冷流體和加熱面附近的熱流體換熱次數(shù)增多,冷熱流體摻混的更均勻,集熱器的強(qiáng)化換熱效果更顯著。傾角越大,旋渦旋轉(zhuǎn)直徑越大,在相鄰肋片區(qū)域流動(dòng)的流體中受旋渦擾動(dòng)的比例越大,流體掠過肋片進(jìn)入相鄰肋片區(qū)域后,流動(dòng)方向改變的越大,但傾角越大,在相鄰肋片間流動(dòng)的流體速度越小,湍流度越小,綜合考慮,得到a=45°時(shí),集熱器的換熱效果最好。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TK513.1
【部分圖文】：

圖１．１平板集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖逡逑

￣、隔熱層＼蒂：逡逑圖１．１平板集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｆｌａｔ邋ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ逡逑太陽能穿過透明蓋板后，被吸熱板吸收并轉(zhuǎn)化成熱能，吸熱板內(nèi)的傳熱介質(zhì)吸收熱逡逑量后溫度升高，作為集熱器的有用能輸出；同時(shí)，溫度升高后的吸熱板會(huì)通過傳導(dǎo)、對(duì)逡逑流和福射向周圍環(huán)境散熱，成為集熱器的熱量損失。逡逑１．３強(qiáng)化傳熱逡逑強(qiáng)化傳熱就是在一定的條件（如溫差、重量、體積、泵功等）下增加所傳遞的熱量逡逑［３］。影響流體傳熱的因素有很多如：流體的物理性質(zhì)、流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、流動(dòng)起因、流逡逑－３邋－逡逑

２．２物理模型逡逑本文所研宄的物理模型為三維帶有間隙的多重Ｖ形助片的太陽能空氣集熱器。圖逡逑２．２是所研究的物理模型示意圖，圖２．３是所研宄物理模型的俯視圖。整個(gè)通道分為三段，逡逑分別為入口段、工作段和出口段。工作段的長度為１０００ｍｍ，工作段入口向上游延長逡逑５００ｍｍ作為入口段，保證充分發(fā)展，工作段出口向下游延長５００ｍｍ作為出口段，保證逡逑出口無回流。在吸熱板的內(nèi)表面增設(shè)帶有間隙的多重Ｖ形助片，將助片末端到第一個(gè)間逡逑隙的距離定義為山’肋片前端到第二個(gè)間隙的距離定義為（ｈ。集熱器的幾何尺寸如表逡逑２．１所示，肋片的幾何尺寸如表２．２所示。逡逑０逡逑圖２．２物理模型逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｍｏｄｅｌ逡逑－１０邋－逡逑

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 徐莎莎;金東旭;張曼曼;;V形肋片型太陽能空氣集熱器換熱特性的研究[J];節(jié)能技術(shù);2014年05期

2 張曼曼;金東旭;張蕊;慶浩強(qiáng);;帶有間隙的V形肋片對(duì)太陽能空氣集熱器的傳熱及流動(dòng)特性的影響[J];節(jié)能;2015年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 徐莎莎;多重V形肋片型太陽能空氣集熱器傳熱與流動(dòng)特性的數(shù)值研究[D];大連理工大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2832175