槽式太阳能集热器传热模型及性能分析

槽式太阳能集热器一维和二维传热数学模型是一组非线性代数方程,为改进求解的稳定性和计算精度,将槽式太阳能集热器一维和二维传热模型的求解看作有约束优化问题,建立了集热器传热过程求解的有约束优化数学模型,应用MATLAB软件优化函数fmincon进行求解。分析了传热流体入口温度及太阳能辐射热流密度变化对集热器性能的影响。采用fmincon函数求解集热器传热过程,计算速度快,计算过程稳定。分析表明,传热流体温度变化对集热器效率的影响大于太阳能辐射热流密度对集热器效率的影响。     

内插热管式太阳能集热器内相变材料的蓄热/释热特性研究

提出一种蓄能型内插热管式太阳能集热器,在太阳能真空管和振荡热管蒸发段之间充灌相变材料,提高集热器的瞬时集热效率. 利用Gambit软件建立内插热管式太阳能集热器的三维模型,基于FLUENT软件的凝固/熔化模型,以癸酸(CA)为相变材料进行模拟研究,采用Boussinesq近似法对比分析了考虑浮升力前后的真空管内温度场分布、液化率、不同测点的温度曲线的变化,探究了浮升力对集热器内蓄热/释热过程换热规律的影响. 结果表明,相变材料熔化过程中浮升力起着至关重要的作用,使得真空管内顶部的升温速度快于底部. 而凝固过程中浮升力的影响可以忽略不计. 蓄热过程中集热器内相变材料在轴向上的传热方式,固态显热和相变蓄热阶段以导热为主,液态显热蓄热时以对流传热为主,而在径向上始终以导热为主.     

太阳能平板空气集热器长宽比的数值模拟研究

太阳能平板空气集热器的长宽比是影响集热效率的重要因素,研究集热器的长宽比可减少集热器的能源浪费,为提高集热器的集热效率提供理论依据。文章围绕太阳能的热利用以及太阳能平板式空气集热器的集热效率问题,基于长宽比不同的平板空气集热器,建立数学传热模型,并且采用Fluent软件分别对其出口温度以及集热效率进行模拟计算,对不同长宽比集热效率进行研究。结果表明:当流道截面风速恒定为0.24 m/s,集热器出口温度随着长宽比增加而上升,最高、最低温度分别为316.36、282.07 K;截面风速恒定时,集热效率随着长宽比增加而下降,最高、最低效率分别为47.65%、31.98%;集热器的得热量差随着集热器长宽比的增加呈现先上升后下降的趋势,最大、最小得热量差分别为47.9、28.24 W;太阳能平板空气集热器的最佳长宽比为3。     

新型折流板式双风道空气集热器数值模拟

对太阳能空气集热器进行优化设计可以有效提高集热器的集热效率,降低能源浪费。文章设计了1种新型折流板式双风道空气集热器,其上、下层各有2个进、出口,上层流道均采用新风,下层流道均采用回风,建立了集热器数值传热模型,采用Fluent软件对4种工况进行数值模拟计算。结果表明:随着进口流量的增大,集热器出口温度逐渐下降;集热效率逐渐上升,工况4的集热效率最高,为59.73%,而工况1的集热效率最低,为39.14%;新型折流板集热器比传统的平板集热器的集热效率高近20%,可以通过增加折流板长度或者穿孔型折流板改善空气流道层。     

抛物面槽式太阳能集热器热力性能研究

在已有集热器传热模型的基础上,进行简化,不失模型精度以及主要影响因素均能反应的前提下,简化了模型,便于工程的计算与分析。结果表明,集热器热效率随着流体温度的升高而变小,流体温度小于300℃时,无论集热器处于何种运行工况以及何种流量,其热效率都为60~70%;当真空区域空气压力小于13 332.2 Pa时,集热器效率变化较快,大于13 332.2 Pa时,效率几乎不变;集热器效率随着太阳辐射强度的增加而变大,450~950 W/m2是集热器运行的最佳辐射区间;当风速小于5 m/s时,大气温度越高,集热器热效率越高。     

V型孔板渗透式太阳能空气集热器结构设计与实验测试

通过改进集热板结构、优化空气流道,提出了一种V型孔板渗透式太阳能空气集热器。采用CFD模拟软件对V型孔板渗透式太阳能空气集热器内部的速度场与温度场进行模拟,并实验测试了V型孔板渗透式太阳能空气集热器的集热效率。结果表明:在风量为0.00513～0.08060 m~3/s条件下,2排孔有隔板的V型孔板渗透式太阳能空气集热器的瞬时集热效率比普通平板式太阳能空气集热器高3.73%～24.89%;在其他条件相同的情况下,有隔板与无隔板的集热器相比,集热效率可提高23.46%;集热板上的孔口排数对集热效率有一定影响,增加孔口排数不一定能提高集热效率。V型孔板渗透式太阳能空气集热器集热效率高,不同组合的开口模式适用不同的场合,具有良好的应用前景。     

两级反射线性菲涅尔中高温集热系统热性能

针对复合抛物面集热器(compound parabolic collector, CPC)作为二级反射器和单层玻璃盖板的反射式线性菲涅尔中高温集热系统(linear Fresnel reflector concentrator, LFRC)的集热性能,基于稳态传热平衡原理,建立了集热系统稳态传热模型。系统地研究了风速、温度、太阳辐照度、聚光比、传热工质流速和流体进口温度等参数对接收器集热性能的影响,并给出了沿接收器管长的温度和能量分布情况。数值模拟结果表明:对于该集热系统,太阳辐照度、聚光比和工质进口温度是影响集热性能的关键影响因素,最高可达到72％,风速和环境温度对集热效率影响较小。因此增加接收器的长度能够很好地提高集热温度。     

基于FLUENT的管壳式换热器壳程流场数值模拟研究

利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYSFLUENT中对管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到换热器壳程流体温度场、速度场和压力场;分析了折流板间距及弦高对换热效率和壳程流体压降的影响,对于设计传热效率高、流体阻力小的换热器进行了有益探索。     

内插式真空管集热器集热性能提升技术研究综述

真空管太阳能集热器是太阳能热利用的重要途径。内插式真空管集热器是一种结构优化后的真空管集热器,为提升其集热性能,介绍了内插式真空管集热器的工作原理,对其传热机理进行了分析,归纳了当前对内插式真空管集热器的集热性能的研究现状,并在此基础上通过建立集热效率关于环境参数及流量的关联式、改进内插管主管和支管管径尺寸、综合优化集热器布置方式及管间距并设置反射板的方式等方法分析了存在的问题,为低成本、高效率的内插式真空管集热器的研究发展提供了参考依据。     

热管式CPU散热器总传热能力的研究

本文对一种热管式CPU散热器的传热机理、传热路线和各传热阶段的热阻进行了定性分析和定量分析，建立了该热管式散热器传热模型，导出了其总传热系统的计算式，并给出了计算实例。     

地源热泵系统地中集热器强化传热初步研究

为了增强地中集热器的换热效果,从强化传热的角度对不同的集热器进行了计算说明并与数值模拟结果进行了比较,结果表明,减小管径可以增强地中集热器的换热效果;从地中集热器的结构、载冷剂的种类与性质、回填材料的选择等几方面进行了理论探讨,进而提出了提高地源热泵系统地中集热器换热效果的措施.     

波节管管内氦气流动与传热的计算及分析

针对氦气在光管及波节管中的传热特性及阻力特性进行了Reynolds Stress Model(RSM)数值模拟研究。对比了不同结构波节管努塞尔特数Nu和摩擦阻力系数f的变化规律,为了深入研究强化换热,随后又分析了不同结构下综合传热因子η的变化规律。结果表明波距P和波谷半径r对波纹管传热性能、阻力性能和综合传热性能都有一定程度的影响。在雷诺数较低,波距较大,波谷半径较大的情况下,波节管具有更佳综合性能。     

竖直串联地埋管蓄热的传热分析

为解决大温差地下蓄热的传热分析及其工程应用,基于传统的并联地热换热器地下温度场分布,围绕地埋管大温差蓄热的地源热泵复合系统,针对竖直多级串联地埋管蓄热方法,建立了其物理与数学模型,进行了多级串联地埋管换热器传热分析,得了适宜工程应用的三级串联地埋管换热器目标函数的最优解.结果表明：三级串联地埋管换热器逐级换热量比的最优解为β1 =0.357800、β2 =0.332749、β3=0.309451;定期改变循环液流动方向,能够使各级地埋管换热效率趋于均匀,提高串联地埋管换热器的总换热强度;大温差蓄热应考虑地埋管换热器的承受能力,一般PE管材换热器承受温度不宜超过80℃.     

太阳能溶液再生器吸热再生性能研究

提出了一种利用槽式聚光集热器直接加热管内溴化锂溶液, 使溴化锂溶液在溶液发生器内实现蒸发再生过程的新型太阳能溶液再生器。对该太阳能溶液再生器在无预热及有预热情况下的吸热再生性能进行了实验研究, 结果表明在这2种情况下溴化锂溶液都能够稳定吸热并连续产生蒸汽, 但有预热时其日均汽化效率可达0.186, 是无预热情况下的3.8倍。     

含不凝气蒸汽在锯齿形表面的凝结传热特性

为了在含不凝气蒸汽凝结过程中获得更高的热效率,提出新型锯齿形强化板并建立其二维模型,使用Fluent软件对锯齿形强化板和相同规格波纹板的凝结传热特性进行对比研究。建立可同时计算不凝气层及液膜层的凝结传热模型并在数值模拟中通过用户自定义函数进行编译,模型的可靠性通过和相同工况下的试验进行对比得到验证。数值模拟得到两种板型表面的两相流动及热质交换特征,发现相比于波纹板,锯齿形板能够显著提高不凝气层的紊流度,利于相界面处传热传质过程的进行;锯齿形板的液膜会在波节的齿峰处产生周期性的断裂后在下游壁面上重新形成并在波谷处达到最大厚度;相比于波纹板,在所研究工况内锯齿形板的换热能力总体提高60%以上。     

含不凝气蒸汽在锯齿形表面的凝结传热特性

为了在含不凝气蒸汽凝结过程中获得更高的热效率,提出新型锯齿形强化板并建立其二维模型,使用Fluent软件对锯齿形强化板和相同规格波纹板的凝结传热特性进行对比研究。建立可同时计算不凝气层及液膜层的凝结传热模型并在数值模拟中通过用户自定义函数进行编译,模型的可靠性通过和相同工况下的试验进行对比得到验证。数值模拟得到两种板型表面的两相流动及热质交换特征,发现相比于波纹板,锯齿形板能够显著提高不凝气层的紊流度,利于相界面处传热传质过程的进行;锯齿形板的液膜会在波节的齿峰处产生周期性的断裂后在下游壁面上重新形成并在波谷处达到最大厚度;相比于波纹板,在所研究工况内锯齿形板的换热能力总体提高60%以上。     

槽式太阳能集热装置最优储热箱匹配研究

该文介绍了槽式太阳能集热系统中储热油箱体积的优化过程。通过杭州市实际逐时太阳辐射数据,运用计算机模拟计算,结合40 m2的槽式太阳能集热装置,固定的热能输出,以及储热箱自身的散热因素,分析在理想晴天和多云天气太阳辐射变化下,槽式太阳能集热装置中储热箱参数的最佳取值范围。为槽式太阳能集热装置中储热系统的设计提供一种积极有效的方法。     

A design method and numerical study for a new type parabolic trough solar collector with uniform solar flux distribution

The non-uniform concentrated solar flux distribution on the outer surface of the absorber tube can lead to large circumferential temperature difference and high local temperature of the absorber tube wall,which is one of the primary causes of parabolic trough solar receiver(PTR)failures.In this paper,a secondary reflector used as a homogenizing reflector(HR)in a conventional parabolic trough solar collector(PTSC)was recommended to homogenize the solar flux distribution and thus increase the reliability of the PTR.The design method of this new type PTSC with a HR was also proposed.Meanwhile,the concentrated solar flux distribution was calculated by adopting the Monte Carlo ray-trace(MCRT)method.Then,the coupled heat transfer process within the PTR was simulated by treating the solar flux calculated by the MCRT method as the heat flux boundary condition for the finite volume method model.The solar flux distribution on the outer surface of the absorber tube,the temperature field of the absorber tube wall,and the collector efficiency were analyzed in detail.It was revealed that the absorber tube could almost be heated uniformly in the PTSC with a HR.As a result,the circumferential temperature difference and the maximum temperature could be reduced significantly,while the efficiency tended to decrease slightly due to the inevitably increased optical loss.Under the conditions studied in this paper,although the collector efficiency decreased by about 4%,the circumferential temperature difference was reduced from about 25 to 3 K and the maximum temperature was reduced from667 to 661 K.     

Analysis of solid-liquid phase change heat transfer enhancement

Solid-liquid phase change processes have two important features: the process is an approximately isothermal process and the heat of fusion of phase change material tends to be much greater than its specific heat. Therefore, if any phase change material adjacent to a hot or cold surface undergoes phase change, the heat transfer rate on the surface will be noticeably enhanced. This paper presents a novel insight into the mechanisms of heat transfer enhancement induced by solid-liquid phase change based on the analogy analysis for heat conduction with an internal heat source and solid-liquid phase change heat transfer. Three degrees of surface heat transfer enhancement for different conditions are explored, and corresponding formulae are written to describe them. The factors influencing the degrees of heat transfer enhancement are clarified and their effects quantitatively analyzed. Both the novel insight and the analysis contribute to effective application of phase change heat transfer enhancement techniq