基于脈動流能夠強化換熱、延緩積灰速率并且減小積灰厚度,本文將脈動流引入到帶有折流板的平板型太陽能空氣集熱器中。采用理論分析與數(shù)值模擬相結合的方法,通過探討正弦波、方波、等腰三角波和直角三角波四種脈動波形的脈動參數(shù)對蓋板和吸熱板平均壁面切應力、全壓損失以及集熱器效率的影響,綜合評估了脈動流動對集熱器性能影響。首先,本文在原實驗模型的基礎上建立數(shù)值計算模型。通過將數(shù)值計算結果與實驗結果進行比較,確定了最終的湍流模型,并且驗證了數(shù)值模型的正確性。采用理論分析的方法探討了集熱器外部積灰和內部積灰對集熱器熱性能的影響,發(fā)現(xiàn)集熱器外部和內部積灰均會使集熱器效率下降,而內部積灰對集熱器效率影響更大。并通過數(shù)值模擬的方法定量得出,集熱器外部或內部的積灰密度每增加1g/m~2,集熱器效率均下降2%左右,而內部積灰使吸熱板吸收率降低,導致集熱器效率更低,當蓋板內側和吸熱板上部積灰密度均為6 g/m~2時,集熱器效率可下降35.2%。然后采用數(shù)值模擬的方法具體研究了當集熱器入口流量分別呈正弦波、方波、等腰三角波和直角三角波這四種波形變化時,蓋板和吸熱板平均壁面切應力、集熱器全壓損失以及集熱效率的變化情況。結果表明,在增大集熱器內部壁面切應力方面,直角三角波帶來的效果最為明顯,在腔室平均雷諾數(shù)為2600時,蓋板和吸熱板的平均壁面切應力均可增加2.4倍。對各波形下的壁面切應力變化特性進行了分析,發(fā)現(xiàn)集熱器入口速度發(fā)生突變比增大速度更能有效提高吸熱板的平均壁面切應力。研究結果表明,采用脈動流雖然會使集熱器瞬時效率出現(xiàn)不同程度的降低。但在實際應用中,壁面切應力增大能夠有效減緩積灰速率、減小積灰厚度,這將在集熱器的長期工作性能提升方面發(fā)揮積極作用。
【學位單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TK513.1
【部分圖文】：

1 射流沖擊型集熱器研究現(xiàn)狀在傳熱過程中，射流沖擊能夠起到破壞邊界層、增加湍流強度、產生渦旋或二動等效果，因此有學者將沖擊射流引入到 SAC 中，以期對集熱器的熱性能起到的作用。射流由流體通過噴嘴產生，應用最為廣泛的為圓形噴嘴。Nayak 等[11]實驗研究量流量、雷諾數(shù)、深度比等因素對 SAC 的影響，通過對比沖擊射流型 SAC 和平板SAC兩種模型，發(fā)現(xiàn)采用沖擊射流能夠明顯提高集熱器效率。Rajaseenivasan探究了噴嘴角度對 SAC 的影響，噴嘴模型如圖 1-1 a)所示，實驗研究發(fā)現(xiàn)，當為 0°時系統(tǒng)的性能最低，30°迎角時系統(tǒng)性能達到最佳，并且觀察到射流能夠熱器內部產生湍流，強化空氣與吸熱板的換熱能力。Aboghrara 等[13]實驗研究了沖擊射流對帶有波紋板的 SAC 的影響，研究結果表明，沖擊射流能夠顯著增強與波紋板之間的對流換熱。

圖 1-2 旋流噴嘴示意圖蘭進等[16]提出了一種在圓孔內壁布設 4 條螺旋通道的新。通過實驗研究了不同螺旋角、雷諾數(shù)以及沖擊距離對換該噴嘴所產生的沖擊射流的換熱規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，旋轉度，并且旋轉角度越大制造旋流效應越強，換熱效果也化型集熱器研究現(xiàn)狀粗糙度是對集熱器結構進行優(yōu)化的常見方法。流體與固體表面的粗糙度是影響對流換熱強弱的重要因素，粗糙厚度、增大換熱面積，從而強化流體與固體壁面間的對面粗糙度可以有效提高平板型 SAC 的集熱效率[17, 18]。面增加人工粗糙度的方法也多種多樣，但以規(guī)則的幾何見的一種。Karim 等[19]實驗研究發(fā)現(xiàn)，V 型 SAC 的集熱

a) 半球形粗糙度 b) “S”形肋圖 1-3 典型粗糙度結構示意圖現(xiàn)階段對 SAC 的研究多為單通道模型。而研究發(fā)現(xiàn)，在流體流動過程中該類型集熱器內部會產生較大的局部渦旋，使散熱損失嚴重；同時由于流體在集熱器內部停留時間較短，與吸熱板間的換熱不充分，從而導致流體吸收的熱量較少，最終使得該類型集熱器效率較低[23]。針對單通道模型效率不高的問題，較為普遍的做法是在集熱器內添加一些垂直通道，對集熱器結構進行優(yōu)化，使流體在集熱器內來回流動以延長其換熱時間，同時增大換熱面積，從而提高集熱器效率[24, 25]。近年來學者們對雙通道模型和多通道模型進行了大量研究。Alam 等[26]對逆流雙通道、平行雙通道和循環(huán)雙通道 SAC 進行了比較研究，研究模型如圖 1-4 所示，研究發(fā)現(xiàn)雙通道 SAC 集熱效率更高，比相同條件下的單通道模型集熱效率提高10~20%，而對于不同形式的雙通道 SAC，循環(huán)雙通道模型的熱性能最佳。Fudholi等[27]采用理論和實驗相結合的方法對有和沒有肋片的雙通道 SAC 進行了分析，探索
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本文編號：2841523