為將太陽(yáng)能集熱器與建筑結(jié)合,提高集熱品位,滿足中溫?zé)崮苄枨?設(shè)計(jì)了一款聚光比為3.4、高度僅為120 mm的微型拋物槽式集熱器,建立了該集熱器的熱力學(xué)理論模型和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）仿真模型,研究了集熱特性,并從太陽(yáng)輻照度、入口工質(zhì)溫度、進(jìn)口工質(zhì)流速、環(huán)境溫度等方面探討相關(guān)操作參數(shù)對(duì)集熱溫度和集熱效率的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)輻照度以及進(jìn)口工質(zhì)溫度是影響熱效率的主要因素,而工質(zhì)流速、環(huán)境溫度對(duì)該集熱器熱效率影響較小,集熱器瞬時(shí)熱效率可達(dá)67.23%,循環(huán)加熱的工質(zhì)溫度在200℃以內(nèi),平均熱效率較高。且在輻照度較弱的天氣仍能良好運(yùn)行,既能提供中溫?zé)崮?克服不良環(huán)境因素的影響,又實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能建筑一體化。 

【文章來(lái)源】：南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019,41(06)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

微型拋物面槽式聚光集熱器結(jié)構(gòu)1一拋物面槽式反射鏡面;2一齒條;3一齒輪;4一集熱管;5一保溫層;6一玻璃蓋板

意圖。圖2微型平板集熱器的熱分析模型Fig．2Thermalanalysismodelofthemicroparabolictroughconcentrator入射的平行光束，大部分透過玻璃蓋板聚集到集熱管上，較少被玻璃吸收和反射，集熱管壁上的能量大部分被吸收轉(zhuǎn)換為導(dǎo)熱油的內(nèi)能，較少被反射回玻璃。由于集熱管溫度升高，對(duì)外熱輻射增大。同時(shí)，玻璃蓋板和殼體向外界傳輸熱量，造成集熱器的熱損失［6］。為研究其集熱特性，分別以玻璃蓋板、工質(zhì)和集熱管為研究對(duì)象，建立了熱力學(xué)理論模型。建模時(shí)，忽略了空氣和拋物槽吸收的熱量。另外，所有物性參數(shù)如表2所示，如玻璃和導(dǎo)熱油的比熱容等，均視為常數(shù)。玻璃蓋板某一瞬時(shí)吸收的凈能量等于其吸收的入射能量與集熱管對(duì)其輻射的能量和，減去其外部輻射換熱與對(duì)流換熱的能量。McAcCc?Tc?t=Acq0+Arqr/c－AcσεcT4c－t4s()－AchcTc－ta()(1)式中:Ac為玻璃蓋板的面積，m2;Mc為玻璃蓋板的質(zhì)量，kg;Tc為玻璃蓋板的溫度，K;σ為斯特潘-玻爾茲曼常數(shù);qr/c為玻璃蓋板與集熱器的輻射傳熱效率。玻璃蓋板吸收的能量q0為q0=Iαc(2)式中I為太陽(yáng)直接輻射，W/m2。根據(jù)文獻(xiàn)［7］可得玻璃蓋板與集熱器的輻射傳熱速率qr/c為qr/c=σT4r－T4c()1εs+1εc－1()ArAc(3)式中Tr為集熱管的溫度，K。集熱管某一瞬時(shí)吸收的凈能量等于其吸收的入射能量之和，減去其對(duì)外輻射能量、與外部空氣換熱能量以及被導(dǎo)熱油吸收的能量之和MrCr?Tr?t=W

的合理性和正確性，采用CFD軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的集熱器集熱特性進(jìn)行模擬計(jì)算。筆者采用ANSYSICEM建立幾何模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，本模型共3個(gè)計(jì)算域:固體域、液體域、空氣域，將三者組裝導(dǎo)入Fluent中，選擇壓力求解器，開啟能量方程、選用層流模型，打開DO輻射模型模擬集熱器內(nèi)部各個(gè)表面之間的輻射換熱，能量方程收斂標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為10－7，運(yùn)用SIMPLE算法對(duì)集熱器內(nèi)外部能量流動(dòng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬。經(jīng)網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，在滿足計(jì)算精度的前提下，網(wǎng)格總數(shù)為322萬(wàn)個(gè)，總網(wǎng)格劃分如圖3所示，由理論計(jì)算得出玻璃蓋板的熱力學(xué)影響較小，因此模擬計(jì)算時(shí)只考慮了其光學(xué)損失。入口邊界為速度入口邊界、出口邊界為壓力出口。工質(zhì)為導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱系數(shù)為0.458W/(m·K)，動(dòng)力黏度為0.0215Pa·s，導(dǎo)熱油入口初始溫度圖3熱力學(xué)計(jì)算模型Fig．3Thethermodynamicscalculationmodel298K，各壁面以及環(huán)境溫度為293K，集熱管材料為銅，其余各物性參數(shù)與理論模型一致，不再贅述。圖4不同太陽(yáng)輻照度下的熱效率Fig．4Thermalefficiencyunderdifferentsolarirradiance圖5不同太陽(yáng)輻照度下的出口溫差Fig．5Outlettemperaturedifferenceunderdifferentsolarirradiance3．2太陽(yáng)輻照度與環(huán)境溫度對(duì)集熱器熱效率的影響太陽(yáng)輻照度是集熱器的熱源，對(duì)系統(tǒng)的熱效率至關(guān)重要。不同太陽(yáng)輻照度下的熱效率、出口溫差分別如圖4和5所示，當(dāng)工質(zhì)流速為0.05m/s，環(huán)境溫度為293、298、303、308K，太陽(yáng)輻照度從400W/m2升至1kW/m2時(shí)，集熱器的熱效率分別增加第6期馮晨等:微型拋物槽式太陽(yáng)能集熱器集熱特性研究917

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]陽(yáng)臺(tái)欄板式聚光集熱器與建筑的一體化應(yīng)用研究[J]. 閆芳,馬光柏,夏麟.  建筑技術(shù). 2017(07)
[2]槽式太陽(yáng)能集熱器熱效率的數(shù)值模擬研究[J]. 韓雪,王志敏,田瑞,齊井超.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2016(09)
[3]平板型太陽(yáng)能集熱器的熱損失分析[J]. 胡小芳,高文峰,劉滔,林文賢.  太陽(yáng)能. 2015(08)
[4]平板型太陽(yáng)集熱器的熱損失分析[J]. 李開春,劉廣虎,王曉靜,李曉瑞.  太陽(yáng)能. 2013(19)



本文編號(hào)：3498508