双风道回风式太阳能空气集热器的数值模拟

提出一种带半圆形吸热板的双风道回风式太阳能集热器,上层风道是由PC盖板与半圆形吸热板组成的空间,室外空气进入上层风道后,在上层的10个独立小风道中流动;下层风道是由半圆形吸热板和隔热层组成的空间。PC盖板为半透明介质,太阳辐射热量主要由吸热板吸收后,通过对流换热将热量传递给上、下层风道内的空气。上层风道内的空气通过与吸热板进行对流换热以及吸收太阳辐射热量获得热量,其中与吸热板的对流换热占主导。半圆形吸热板增加了空气的扰流,使换热更加充分。对该集热器建立物理模型,利用Fluent软件进行数值模拟。结果表明,对上下层风道进风速度相同工况:太阳能空气集热器的出风温度与进风速度有关,进风速度越大,出风温度越低。当进风速度为0. 5～2. 0 m/s,上层风道的进风温度设定为273 K,下层风道的进风温度设定为291 K时,上层风道的最高出风温度可达374. 47 K,下层风道的最高出风温度可达343. 38 K。上下层风道进风速度相同时,进风速度由0. 5m/s增大到2.0m/s时,集热器的瞬时集热效率随之增大,但增大的幅度逐渐降低。对上下层风道不同进风速度工况:当下层风道的进风速度不变时,上层风道的进风速度越大,集热器的瞬时集热效率越高。当上层风道的进风速度一定时,集热器的瞬时集热效率随着下层风道进风速度的增大先增大后减小。当上层风道的进风速度为2. 0m/s,下层风道的进风速度为1. 0 m/s时,集热效率最高,达63. 08%。当上层风道的进风速度为0. 5 m/s,下层风道的进风速度为2. 0 m/s时,集热效率最低,为41. 87%。     

椭球面冲孔吸热板太阳能空气集热器性能模拟

提出采用椭球面冲孔吸热板的渗透型空气集热器,模拟分析进风量、太阳辐照度、进口空气温度、环境温度、冲孔尺寸对空气集热器出口空气温升、集热效率的影响。冲孔尺寸一定时,在进风量、太阳辐照度、进口空气温度、环境温度变化范围内,集热效率均可达到50%以上。进风量、太阳辐照度、进口空气温度、环境温度、冲孔进口半径一定时,存在最佳冲孔出口半径,使出口空气温升、集热效率达到最大。较小的冲孔进口半径可获得较高出口空气温升、集热效率,但也增大了空气阻力,提高了加工难度,因此应选取适当的冲孔进口半径。     

太阳墙扰流板的结构优化

提出一种在集热板上设置开孔扰流板的太阳墙(用于加热室外新风),采用FLUENT软件,选取南京地区2017年2月20日12:00的室外空气温度、太阳辐照度,模拟分析不同进口风速下,扰流板孔径、孔间距以及扰流板间距对太阳墙换热效率、空气压力损失的影响。以较大换热效率、较小空气压力损失为目标,针对一定外形尺寸(高×长×厚为3 000 mm×1 000 mm×128mm)的太阳墙,优化扰流板(长×宽×厚为1 000 mm×50 mm×2 mm)孔径、孔间距以及扰流板间距,在进口风速为3 m/s时对优化效果进行验证。孔间距、扰流板间距一定时:在相同进口风速下,换热效率、空气压力损失均随孔径的增大而减小;在相同孔径下,换热效率、空气压力损失均随进口风速的增大而增大。孔径、扰流板间距一定时:在相同进口风速下,换热效率、空气压力损失均随孔间距的增大而增大,换热效率有趋于稳定的趋势;在相同孔间距下,换热效率、空气压力损失均随进口风速的增大而增大。孔径、孔间距、进口风速一定时:换热效率、空气压力损失均随扰流板间距的增大而减小。在进口风速为3 m/s条件下,对优化前后的太阳墙集热板温度场进行模拟比较。与优化后相比,优化前太阳墙集热器相同位置的温度明显偏高,尤其是在空气进口处的两侧集热板存在非常明显的高温区(最高温度达到130℃)。优化后的太阳墙集热板温度明显下降,最高温度为100℃,证明优化效果明显。     

新型渗透式太阳能空气集热器性能影响参数

对采用冲缝吸热板的渗透式太阳能空气集热器,以集热效率为目标函数,模拟研究结构参数、运行参数对其热性能的影响。集热效率随送风量增大而增长,但增长趋势是逐渐减缓的;集热效率随室外风速、冲缝当量直径和集热器长度增大而下降,其中,集热效率随室外风速和集热器长度下降的趋势逐渐增强,随冲缝当量直径下降的趋势逐渐变缓。     

两种新型太阳能空气集热器热性能研究

研究两种采用冲缝吸热板的渗透式太阳能空气集热器,对Ⅱ型集热器建立传热数学模型,模拟结果与实测结果吻合较好,验证数学模型可以作为理论研究的基础。分别模拟研究结构参数、运行参数对两种集热器热性能的影响。当集热器空腔内空气来源于室外环境时,两种集热器的集热效率均随太阳辐射照度的增大而增加,均随室外风速和环境温度的增大而减小;Ⅰ型集热器的集热效率随太阳辐射照度、室外风速和环境温度的变化率高于Ⅱ型集热器;当玻璃盖板透过率大于0.69时,Π型集热器的集热效率高于Ⅰ型集热器。     

冲缝吸热板渗透型太阳能空气集热器性能研究

介绍了冲缝吸热板渗透型太阳能空气集热器的结构,建立了传热数学模型。采用Matlab程序对传热数学模型进行求解,模拟研究了结构参数、运行参数对集热器热性能的影响。集热器出口空气温度的实测结果与模拟结果的平均偏差为0.99K,证明传热数学模型准确可靠。集热量随吸热板外表面发射率增大而降低,随集热器出口空气流量、太阳辐射强度的增大而升高,随环境温度的增大先降低后升高。集热器出口空气温度随吸热板外表面发射率、集热器出口空气流量的增大而降低,随太阳辐射强度、环境温度的增大而升高。     

日光温室专用多曲面槽式太阳能空气集热器热工性能试验研究

受到建筑材料热物性能的限制,透射在被动式日光温室北墙的太阳能对墙体内部层温度影响范围较浅,墙体的显热蓄热功能得不到充分利用。为此,基于提出的日光温室太阳能主-被动式三重结构相变蓄热墙体构筑方法,项目组团队研发了一种可直接安装在日光温室后墙顶部、体积小、安装方便且不占用耕地的日光温室专用多曲面槽式太阳能空气集热器,将该集热器加热的空气通过小型风机输送到墙体内部以提高中间厚重墙体的显热蓄热能力。为了探究所研制的多曲面槽式太阳能空气集热器热工性能,本研究搭建了关于该空气集热器热工性能试验台,重点研究了太阳辐照度、集热器内空气流速与进口温度、集热器保温性能及集热器长度等因素对其出口温度、集热量与集热效率等热工性能参数的影响规律。试验结果表明:所研制的多曲面槽式太阳能空气集热器管内空气流速宜为1.6~1.8 m/s,集热器单元的串接长度宜为16~18 m;晴好天气时,空气集热器的最大瞬时集热效率可高达56.7%,单位面积日累积集热量可达6.2 MJ/(m2·d)。     

四种交叉V型吸热板-底板太阳能空气集热器热性能的数值模拟对比分析

作为最常用的一类平板型空气集热器,V型波纹吸热板空气集热器近年来被广泛应用和研究.采用相同几何尺寸(长2m,宽1m)的波形板,构成四种不同流道的交叉V型吸热板-底板太阳能空气集热器,应用太阳载荷模型,利用FLUENT软件,对集热器在倾角为30°,入口空气流量为60m3/h的工况进行了三维数值模拟,得到集热器不同位置的温度场、吸热板中心宽度0.5m处的平均努赛尔数和瞬时效率,并对其进行了对比分析,得出空气集热器的V型吸热板横向放置、底板纵向放置结构的瞬时效率最高.     

多孔盖板型太阳能平板空气集热器热性能模拟

建立多孔盖板型太阳能平板空气集热器的数值计算模型,利用已有实验数据验证模型的准确性。基于该数值模型研究单位面积系统风量、太阳辐射照度和集热层吸收率对集热器热性能的影响。结果表明,多孔盖板型太阳能平板空气集热器的热性能较普通平板集热器有明显改善。系统风量增大,集热效率相应地增大,而空气通过集热器的压力降也会迅速增大,从而造成系统风机耗电量增加,所以应综合考虑系统的热性能和风机耗电量,合理选择系统风量。空气温升随太阳辐射照度增大而升高,并且接近线性增长,集热效率随着辐射照度增大呈缓慢下降趋势。集热效率随着集热层吸收率增大而显著增大,且接近线性增长。     

真空管太阳能空气集热系统阻力影响因素研究

通过对真空管太阳能空气集热系统内部流动过程的分析,建立了集热系统阻力计算模型,分析了不同设计参数下真空管太阳能空气集热器、串联集热系统阻力变化规律。结果表明:随着集热工质温度升高,集热器阻抗呈指数减小趋势;各影响因素中,串联集热器数量和工质流量对系统阻力影响最大,集热系统各组集热器阻力随串联集热器数量增加呈增长率减小的增大趋势,随质量流量增大呈指数增大趋势,最大值为最小值的3.6倍。此外,系统阻力随环境温度、太阳辐照度、进口温度升高呈线性增大趋势,其中环境温度对系统阻力的影响可忽略不计。通过该研究建立的真空管太阳能空气集热系统阻力计算模型及总结得到的单位面积集热器阻力计算表,可为该集热器、集热系统阻力理论计算提供便捷可靠的依据。     

双管多曲面槽式空气集热器热性能数值研究

为了研究双管多曲面槽式空气集热器的传热特性,通过TracePro软件与Fluent软件探究了不同太阳辐照度、管内风速及进口温度对集热管管壁温差、瞬时集热量和瞬时集热效率的影响。结果表明,双管管壁因太阳辐射引起的热流密度分布十分不均匀;当太阳辐照度从800 W/m~2增加到1 200 W/m~2时,管1(-30,30)的径向温差增加了171.4℃,轴向温差增加了101.8℃;管2(40,118)的径向温差增加了56.7℃,轴向温差增加了56.8℃;集热器的瞬时集热量最大为991 W,瞬时集热效率最大为61.6%;当管内风速增大时,集热管的轴向温差和径向温差都会减小,进口风速的变化对瞬时集热量和瞬时集热效率的影响规律是相同的,管内最大风速不宜超过2.8 m/s;进口温度对集热器集热性能的影响较大,双管的径向温差和轴向温差都随进口温度的增加而减小,但轴向温差的下降速率高于径向温差。此外,当进口风速从1.4 m/s增加到3 m/s时,双管进出口压降均增大了约1.6倍,管内流动阻力有较大增长,综合集热性能与节能考虑,管内风速取值2.2～2.4 m/s为最佳。该研究结果可为此种多曲面槽式太阳能空气集热器的应用提供参考。     

正弦型肋片太阳能空气集热器的数值模拟

本文提出了一种正弦型肋片太阳能空气集热器,采用三因素三水平的正交试验法,对不同肋片参数的模型进行数值模拟,得出最优肋片参数组合为:波纹幅值15mm,波纹周期100 mm和肋片高度45 mm.研究表明:在10时至15时的典型工况下,太阳辐射照度变化集热效率的影响较小.空气流量在0.03～O.08kg/s范围内,相较平板型肋片太阳能空气集热器,正弦型肋片太阳能空气集热器的平均集热效率高约4.9％、热迁移因子高约0.045,其热损系数则降低0.112 W/(m2·K),表明优化后太阳能空气集热器具有较高的集热性能和较低的热损失.     

开孔折流板型太阳能空气集热器的数值模拟研究

为进一步提高空气太阳能的集热性能,折流板开孔型平板太阳能空气集热器被设计出来,文章采用数值模拟方法,研究了其流动传热特性,并且分析了开孔数量、大小以及在不同开孔数量下进口流速对折流板空气集热器集热效率的影响。研究结果发现:在入口流量为0.015 kg/(s·m²),内设4块折流板上开孔数量为3时,集热效率为44.33%,集热效率最高,比未开孔的折流板型空气集热器的集热效率提高了4.11%。     

非均匀热流下复合圆台形吸热器换热性能研究

为研究吸热器在非均匀热流下的换热特性,建立复合圆台形吸热器三维模型,以基于蒙特卡罗光线追迹法的TracePro光学软件得到管壁平均能流密度为热边界条件,利用Fluent数值模拟软件研究有无光学窗口的复合圆台形吸热器热损失、吸热器热效率及系统光热转化效率随吸热器倾角的变化,同时探究吸热流体入口参数对不加装光学窗口吸热器热损失及热效率的影响。研究表明:每圈吸热管壁的平均能流密度分布不均匀,加装光学窗口后的管壁平均能流密度有所下降;随着倾角增加,辐射热损失基本不变,对流热损失及总热损呈下降趋势,吸热器热效率及系统光热转化效率均呈上升趋势;加装光学窗口后,吸热器热效率得以提高,但系统光热转化效率降低;吸热工质入口速度增加,热损失下降,热效率呈上升趋势,但上升幅度逐渐减小;吸热工质入口温度升高,热损失升高,吸热器热效率几乎呈线性下降的变化趋势。     

直通式真空管太阳能空气集热器的实验研究

研究了一种新型的直通式多根真空管空气集热器装置,包括直通式(两端开口)真空集热管和上下分集管。直通式真空管太阳能空气集热器安装在南墙的外面,室内空气进入集热器,加热后送回房间,实现了太阳能供暖,不需要风机或者水泵,简单可靠。搭建了试验台并测试了冬季供暖时的热性能。通过实验得出,该装置集热效率最高的点出现在14:00,集热效率为51%,其集热效率最低的点出现在16:00,集热效率为46%,全天的总效率为36.3%,具有较高的热效率。     

平板太阳能集热器空气夹层内自然对流换热的数值模拟

本文采用数值模拟技术研究了平板太阳能集热器空气夹层内的自然对流换热,并对影响夹层内自然对流换热的因素进行了分析。结果表明:集热器内自然对流换热热损失随夹层间距的变化而改变,为降低自然对流换热热损失,最佳的空气夹层间距应为3 cm;夹层间距一定时,吸热板温度越高,对流换热系数越大,自然对流换热作用越强;集热器水平放置时,自然对流换热作用最强,热损失最大,当放置角度超过30°后,自然对流换热热损失基本不变。     

热管在平板式太阳能集热器中的应用研究

从集热器结构、传热效率、工艺、优缺点等方面详细介绍了3种常见的热管平板式太阳能集热器,它们包括蜂窝热管平板式、真空玻璃盖板热管平板式、CPC热管平板式太阳能集热器。与普通热管平板式集热器相比,3种改良方式均可降低集热器热损失,有效提高集热效率。通过对不同种类热管平板式太阳能集热器的热管种类、工作温度、结构参数等分析,发现随着温度升高,集热器集热效率下降,以及热管蒸发段长度普遍大于冷凝段长度等现象。     

一种新型水箱温度分层的相关特性研究

水箱温度分层,可使集热器进口温度尽可能保持较低的温度,从而减少系统的热损失,提高集热效率。相关研究表明,水箱温度分层效果与水箱进口几何特性、进口流量、水箱结构设计及掺混等因素有关。本文主要针对新型太阳能水箱结构设计提出了一种分层换热承压式太阳能水箱模型,结合其与普通承压式水箱的系统热性能对比试验,分析与讨论了该水箱温度分层的相关特性。     

新型扁盒肋片式太阳能集热器的数值模拟与实验研究

建立了扁盒肋片式集热器的CFD模型,对集热器内部流体的流动与换热进行了数值模拟。搭建了太阳能光伏光热实验系统,进行了冬季实验测试。模拟结果与实验结果较吻合,验证了模型的可靠性。结果显示:出口温度随入口流量的增大呈曲线形下降,每小时集热量呈线性增长,流速为0.5～0.6 m/s时,温度衰减率为10%左右,每小时集热量增加率为12%左右;出口温度和每小时集热量均随热源温度的升高呈线性升高和增大,整体增长33.33%左右;温度分布呈双曲线形,圆柱肋片处产生对称涡旋;冬季工况下,实测PV/T系统发电效率在10%以下,集热效率为12%左右,水箱温度为25℃左右。     

基于TRNSYS太阳能空气源热泵供暖系统模拟研究

为了实现太阳能供暖系统的高效运行,本文采用TRNSYS软件对太阳能空气源热泵供暖系统进行了模拟仿真.研究不同蓄热水箱体积与集热面积配比(VAR)下复合供暖系统的集热效率,有效集热量及空气源热泵供热量的变化情况,设计7组VAR参数,分别为0.235 rn,0.115m,0.073 rn,0.053 rn,0.041 m,0.033 m和0.027 m.结果 表明:随着VAR的减小集热器的平均集热效率和有效集热量有所减小,且随着VAR的减小集热效率降低的幅度也有所增大.随着VAR的减小,空气源热泵供热量有所增加,且空气源热泵的供热量在11月份和3月份较少,1月份最大.