微热管阵列平板太阳集热器的数值模拟与优化

介绍一种全新的平板式太阳集热器,该集热器应用微热管阵列作为集热元件,具有成本低、抗冻、承压、不易结垢、易与建筑一体化等优点。对其瞬时热性能进行的实验研究表明,该集热器瞬时效率曲线的截距达83.1%,斜率为-4.77。建立了微热管阵列平板太阳集热器的CFD模型,对集热器内部流体流动与换热进行数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好,从而验证了模型的可靠性。采用CFD模型对集热器干式接触式换热器进行优化,结果表明,该集热器循环水的最佳流量为0.1~0.2 kg/(m2·s),水流量较低时,采用直内肋管可适当提高集热效率,随着流量的增加,管内加肋对集热器性能的提高影响不大。     

平板太阳能集热器抗冻研究进展

介绍了平板型太阳能集热器及热水系统的抗冻方法、特点及研究进展,分析了各种方法或产品的应用情况、使用范围及优缺点,提出了一种异型管抗冻型太阳能集热器,有望解决太阳能热水器(系统)的抗冻问题.     

吸热板参数对平板太阳集热器热性能的影响

建立单层盖板平板太阳集热器的一维稳态数学模型,用Visual Basic语言编写程序模拟研究吸热板各参数对平板太阳集热器热性能的影响。在综合考虑集热器效率因子与金属消耗量的基础上,设集热器总热损失系数为变量,对铜铝复合平板太阳集热器的吸热板厚度与管间距进行了优化。研究表明,用导热系数大的铜板代替铝板的优势并不明显;吸热板厚度在0.3 mm以上增加时,平板太阳集热器热性能的提升很小;随着管间距的增加,平板太阳集热器性能下降;吸热板涂层的改进对于平板太阳集热器热性能的提高至关重要;排管内/外径、盖板透过率、涂层吸收率分别为0.0108/0.012 m、0.916、0.89时,在全年运行的平均工况下,保证集热器效率因子为0.9,优化得到吸热板厚度、管间距分别为0.25 mm、11 cm时,金属材料消耗量最小,为2.27 kg/m2。     

太阳平板集热/储能相变传热的数值模拟

提出了一种高效储能平板集热器模型.该平板集热器中采用相变材料作为储能介质,不需储能水箱及防冻保护装置,因此节约了空间和费用.建立了太阳平板集热器内相变材料(石蜡)二维相变传热及自然对流模型,运用显热容法模拟了平板集热器内泡沫铝中石蜡相变融解传热过程.与平板集热器内填充纯相变石蜡的融解传热过程进行比较发现,泡沫铝可极大地提高相变石蜡的相变传热性能.计算结果为高效储能型平板集热器的开发提供了理论指导.     

平板集热器最佳结构参数与经济性能的分析

本文讨论了太阳能集热器经济性能的评价标准。在Hottel模型的基础上,提供了平板集热器采光面积实用计算式的无因次曲线。探讨了管板式集热器最佳管间距和板厚的选择,绘出了这些最佳结构参数选择的曲线。所有这些,都可供设计和制造太阳能集热器时参考采用。     

环境温度高于0℃集热器内水会结冰吗？

2000年 6月德国史蒂芬 (Stefan)先生带我们参观德国弗瑞特希哈芬维肯哈桑太阳村，一排排公寓房屋顶上一共安装了 2500m2的平板太阳集热器。他谈到了一个现象，平板集热器热水系统安装后，时值初冬，通入水，夜间环境温度约 4℃，第二天早晨发现集热器铜吸热管板内水结冰，胀破。因此，我们在环境温度 0℃附近，取全玻璃真空太阳集热管，无真空全玻璃集热管和无真空双层白玻璃管。罩玻璃管和内管直径分别为 47mm和 37mm，名义长度为 1200mm，进行夜间温度自动测量。 　　1以空气为传热工质，同时对全玻璃真空集热管、无真空全玻璃集热管…     

椭圆管完全冻结的应力应变分析及管型探讨

基于前人在椭圆异型管的研究基础上,针对椭圆管平板太阳能集热器的抗冻要求,计算出能抵抗至少1次完全冻结的椭圆管的长短半轴比;并对4种长短半轴比的防锈铝5A0A椭圆管进行应力应变有限元分析,得到数值结果。根据结果分析了随着长短半轴比增大,椭圆管截面受内压所产生的应力应变特点以及变化趋势。根据抗冻和承压要求对4种椭圆管结构进行了探讨,提出相对较优的管型建议。     

铝排管集热器吸收太阳能、空气能和环境能研究

对无透光和保温材料封装的新型铝排管平板集热器进行吸热特性分析,建立了吸收太阳能、空气能和环境能的数学模型,并分析了流体滞止特性对平板集热器吸收空气能的影响。进一步针对铝排管平板集热器的设计参数,通过TRNSYS软件进行仿真。在TRNSYS软件中对于影响集热器吸热性能的参数进行了单一变量分析。仿真结果显示:该平板集热器集热效率相比普通集热器大大提高。风速对空气能吸收量影响较大,风速越大,滞止温度越高,空气能吸收量越多;辐射量对太阳能吸收量影响作用明显,但对环境能吸收有减小趋势;集热面积增大和集热器整体性能提升有很大的关联作用;环境温度对环境能吸收量有很大的决定作用;入口流量对集热性能的提升存在峰值影响力,而进口温度的增加会降低集热器的集热效率。该平板集热器通过实际应用表明,其性能与仿真结果相符,且能够大大提高集热器效率。     

平板集热器(倾角)变化工况数值模拟

运用FLUENT数值模拟软件分析了平板集热器(倾角)变化对集热器传热特性的影响,保证其结构参数不变,通过对5组不同倾角(0°、30°、45°、60°、75°)的数值模型进行非稳态模拟,对模拟数据进行分析,得出了平板集热器不同倾角对集热器传热性能变化的影响。     

平板集热器热性能的试验研究

本文简述了研究平板集热器性能测试的意义,介绍了集热器的性能测试方法和性能方程。 文章还报道了我校自建的性能试验台的概况,以及用这座试验台对一种管板式太阳能热水器进行试验研究的结果。最后,就平板集热器性能测试中的若干问题进行了深讨,提出了建议。     

不同吸热涂层平板集热器的热性能衰减研究

为分析不同吸热涂层平板集热器的热性能衰减,以蓝膜、阳极氧化和黑铬集热器为研究对象,基于太阳集热器热性能测试平台,对集热器热性能及空晒老化性能进行测试。分别测试吸热涂层样品的吸收比和发射比,分析空晒前后平板集热器吸收比、发射比和瞬时效率的变化情况及影响因素。研究结果表明:在温度约为18℃的工况下,蓝膜集热器热性能为75.5%,黑铬为73.4%,阳极氧化为69.3%,吸热涂层的光学性能是影响平板集热器热性能的主要因素。平板集热器瞬时效率、吸收比和发射比变化情况的依存关系为Δη≈9.553Δα-1.213Δερ,该式可衡量平板集热器的热性能衰减度。通过空晒老化性能实验可知,提高平板集热器吸热涂层的抗腐蚀、抗氧化能力,可延长集热器的使用寿命。     

改进型微热管平板太阳能空气集热器性能分析

近年来,以空气作为换热介质的太阳能集热器越来越受到重视。本文以微热管阵列为核心传热元件,设计并搭建了改进型微热管平板太阳能空气集热器性能测试系统。通过实验研究了不同空气流量和不同进口温度对集热器集热性能的影响,获得相应参量对集热器的出口空气温度、集热效率和微热管阵列蒸发段温度的影响特性,分析对比了改进前后集热器的集热性能,得到了集热器效率的归一化曲线。实验结果表明,改进型微热管平板太阳能空气集热器在夏季240 m³/h空气流量时集热性能最佳,改进后的集热器相比原集热器在夏季的平均集热效率最高同比提升13.8%;在240 m³/h风量下的平均集热效率最高达到了74%,对应集热器的压降为9.2 Pa。     

非金属平板集热器的性能分析

本文简述了非金属集热器的发展概况,对三种典型的非金属平板集热器进行了性能分析和对比试验,表明本文讨论的计算模式是可取的。采用无翅片的“全湿润”型设计或短翅片的非金属平板集热器,其传导热阻不是主要的,它们的性能可以达到甚至高于普通的金属平板集热器。以非金属平板集热器代替传统的金属平板集热器是可能的。     

基于微通道的太阳能集热器及其性能模拟

针对传统的平板型太阳能集热器集热效率较低的问题,本文设计了一款微通道集热器,采用数值模拟方法研究了微通道集热器的工作状况,并分析了传统平板型集热器的管中心距在稳态传热条件下对集热器的效率影响。仿真结果表明:相同条件下,平板型集热器的管间距越小,集热效率越高;微通道集热器的平均集热效率比最佳管间距的平板型集热器高9.3%,比常用的两种平板型集热器分别高20.6%、30.6%。该结果有利于优化平板型集热器的设计参数,为微通道集热器的实际应用提供了依据。     

扁管式太阳能平板集热器的性能实验

本文对管板式平板集热器集热板最优结构作了传热分析。提出了扁管式平板集热器的设计,进行了性能实验。实验表明,扁管式平板集热器具有高的集热板效率系数,验证了传热分析中得到的结论。实验测定了单层与双层玻璃盖板扁管式平板集热器的热损与热容。依据实验测定的U_L、F′、α、τ计算了集热器的效率。     

太阳能集热器种类介绍

目前在太阳能热水工程中通常采用的太阳能集热器主要有平板型太阳能集热器、全玻璃真空管集热器、U型管式真空管集热器、热管式真空管集热器和直流式真空管集热器五种。对于全年使用的比较大型的太阳能中央热水系统．要求太阳能集热器应具有一定的承压力．比较高集热效率，比较小的管道阻力，抗冻能力强，易于维护。     

专利信息

承压式真空管太阳集热器本实用新型为一种承压式真空管太阳集热器,包括全玻璃真空集热管、反射板、支架、联集管和设在联集管内胆上的进水口、出水口。它的特征是:在联集管内增设多支U形承压换热管,U形承压换热管与联集管贯穿的部位均密封连接。U形承压换热管可以为直管、蛇形管或波纹管。多支U形承压换热管可以串联或并联后接进、出水总管。本专利采用多支U形承压换热管使与内胆中的热水有更大的换热面积,提高了换热效率,用于承压式热水器可使承压水箱的压力与自来水压力一致,可用于超大面积太阳集热系统。(专利权人淄博华扬太阳能热水器…     

平板型太阳集热器热性能的快速测试方法研究

对快速测量平板太阳集热器热性能的瞬态测试方法进行研究，并将快速测试方法的测试结果与国标GB／T4271-2000(平板型太阳集热器热性能试验方法)规定的测试方法所得的结果进行比较。通过对比可见，基于瞬态测试的快速测试方法可以得到与稳态测试同样的结果，考虑到现有太阳辐射表的精度，只要太阳辐照度大于300W／m2瞬态测试即可有效，且对测试期间太阳辐照度的变化无要求。在除雨雪天的情况下，整个测试可以在1d内完成。     

蓄热水箱温度分层模型与分析

利用多节点模型描述蓄热水箱温度分层,将这种模型应用到太阳能生活供热系统中,研究温度分层对太阳能供热系统性能的影响。研究表明:水箱温度分层显著提高集热器效率,对平板集热器的影响大于真空管集热器。用水模式、供水温度、供回水温差,对水箱温度分层都有影响。     

太阳能集热器种类介绍

正目前在太阳能热水工程中通常采用的太阳能集热器主要有平板型太阳能集热器、全玻璃真空管集热器、U型管式真空管集热器、热管式真空管集热器和直流式真空管集热器五种。对于全年使用的比较大型的太阳能中央热水系统,要求太阳能集热器应具有一定的承压力,比较高集热效率,比较小的管道阻力,抗冻能力强,易于维护。在这几种太阳能集