太阳能热风采暖系统热性能的影响因素研究

提出一种新型的真空玻璃盖板式冲缝型集热器,对由该集热器和蓄热器构成的太阳能热风采暖系统的热性能进行研究。利用热平衡法和频域回归方法,建立太阳能热风采暖系统和建筑的传热数学模型,并经过实验验证,进而以1月份平均太阳能保证率为目标函数,模拟研究集热器和蓄热器的结构参数、物性参数对系统热性能的影响。结果表明,1月份平均太阳能保证率随吸热板发射率和冲缝当量直径的增大而减小;随平均冲缝间距的增大先减小后增大,适宜的平均冲缝间距取值范围为P≥0.08 m;随集热器面积和蓄热器体积的增大而增大,但太阳能保证率随蓄热器体积增大而增长的速率迅速降低,适宜的蓄热器体积与集热器面积之比应为0.15~0.26 m3/m2。     

无盖板渗透型太阳能空气集热器热性能的实验研究

无盖板渗透型太阳能空气集热器是一种易于实现建筑一体化的高效新风预热及干燥装置。为了掌握无盖板渗透型集热器在实际工况下的热性能,建造了集热面积为2.2 m2的太阳能空气加热系统实验台,并在2009年2月至2009年4月对其热性能进行了户外瞬态实验研究。实验结果表明出口空气温度随辐射强度的增加而升高,太阳辐射强度是影响集热器出口空气温度的最重要因素,而室外空气温度的影响极小。空气温升随风量的增加而减小,集热器热效率随风量的增加而增大。在三个测试日中集热器的平均热效率分别为58%、63%和72%,高于普通平板太阳能空气集热器。     

盖板式冲缝型太阳能空气集热器热性能简化计算方法

以一种热容较小的盖板式冲缝型太阳能空气集热器为研究对象,基于热平衡理论,采用无量纲分析、模拟仿真和数据拟合方法,建立一种分析该类太阳能空气集热器热性能的简化计算方法并进行验证。该方法充分考虑冲孔间距、当量直径、太阳能辐射强度、太阳能吸收率、循环风量、环境空气温度、集热器进口温度等参数的影响。研究结果表明:简化方法的计算结果与文献中的动态实验数据相对误差在5%以内,具有较高精度,可用于计算热容较小的盖板式冲缝型太阳能空气集热器的集热效率、热交换效率和空气温升等热性能参数。     

单、双风道折形折流板式空气集热器对比分析

为了进一步提升太阳能空气集热器的集热效率,文章在单风道折形折流板空气集热器的基础上,提出了双风道折形折流板式空气集热器,通过在集热器中加入回风通道,并按照一定的比例将新风和回风进行配比,以增加集热器的热利用率。研究结果表明,双风道折形折流板式空气集热器的集热效率高于单风道折形折流板空气集热器,双风道折形折流板式空气集热器的压损系数低于单风道折形折流板式空气集热器;随着进口温度逐渐升高,两种空气集热器的集热效率均逐渐下降,单风道折形折流板式空气集热器全新风和全回风集热效率分别为53.35%,49.17%;在全新风工况下,双风道折形折流板式空气集热器的集热效率最高,为59.89%,在全回风工况下,双风道折形折流板式空气集热器的集热效率最低为59.09%;随着进口风速逐渐增大,双风道折形折流板式空气集热器的集热效率和压力损失均逐渐上升,该集热器的最高集热效率为70.49%;冬季,当太阳能空气供暖系统的进口风速为0.3 m/s时,室内的舒适度最佳。     

抛物面槽式太阳集热器的性能研究

建立槽式太阳集热器对太阳辐射的吸收模型和换热模型,应用Matlab编制模拟计算程序,并通过现场测试验证所建模型的准确性。在此基础上模拟研究太阳辐射强度、室外气温及风速、导热油流速、导热油进口温度等参数对集热器性能的影响。结果表明:槽式太阳集热器集热效率随导热油流速和太阳辐射强度的增大而增加;随导热油进口温度的升高而降低;受室外气温及室外风速的影响较小。研究结果可为该集热器的优化设计提供参考依据。     

整体式太阳能空气集热器传热性能分析

研究了整体式太阳能空气集热器的传热性能,建立了稳态假设下的热量传递物理数学模型;通过CFD软件计算,分析了进口空气流速、空气温度、太阳辐照强度对集热器传热性能的影响;计算结果表明:集热器的集热效率随工质流速的增大而增大、随进口温度的升高而下降、随太阳辐照度的波动很小,受太阳辐射强度的影响不大。     

利用条缝射流强化无盖板型太阳能集热器性能

为提升无盖板型太阳能空气集热器热性能，设计一种条缝射流型太阳能空气集热器，并利用数值模拟和实验验证对其热性能进行分析。集热器内部流动及换热特性的模拟结果表明，利用圆孔和挡片形成的条缝射流能对集热板形成有效覆盖，进而提高进气与集热板的对流换热。射流条缝存在最优结构参数，当圆孔直径为25 mm时，条缝宽度在3 mm处接近最优；集热效率则随挡片直径的增大而增大，是由于射流贴附效应在变强。实验结果表明，条缝射流型集热器的全天热效率稳定且高效。当处理气量为39 m3/h时，该集热器全天热效率稳定在约48%，优于传统的无盖板渗透型太阳能集热器。     

太阳能空气集热器(Ⅰ型)的数学模型研究

用数学模型化方法研究了太阳能空气集热器的集热传热性能,建立了基于二维假设下的流体流动和热量传递的稳定态数学模型,并用有限差分法进行数值求解,计算得到稳态下太阳能空气集热器的速度、温度分布图以及集热效率与空气流量、入口空气温度、入身太阳辐照度和表面盖板透过率的关系。结果表明,对Ｉ型太阳能空气集热器,集热效率随空气流量和表面盖板透过率的增加而增大,随入口空气温度和入射太阳辐照度的增大而减小。计算结果与     

一种槽式太阳能空气集热器热性能的试验研究

为了研究日光温室用槽式太阳能空气集热器的热性能,基于TracePro光学模拟软件设计了一种槽式太阳能空气集热器,对其进行试验研究,分析了不同因素对集热性能的影响规律。实验结果表明,管中空气流速的变化对集热器集热效率和集热量的影响规律是相同的,在不同的流速下,存在最佳空气流速约为4.4 m/s,使得集热器的集热量和集热效率最大,集热量达到373.2 W,集热效率约为25%,此时集热性能最好。对于不同太阳辐照度,正午时刻之前,太阳辐照度越大,集热器的集热效率越大,正午时刻之后,集热器的集热效率基本保持不变,15:40之后集热器集热效率逐渐减小。当太阳辐照度和管中流速相同时,室外温度越高,集热器集热效率越大,集热性能越好。集热管中空气温度沿着集热管出口方向不断增大,太阳辐照度越大,集热管相同位置空气温度越高。该研究结果可为此种槽式太阳能空气集热器在日光温室的应用中提供参考。     

折形折流板式太阳能空气集热器的数值模拟

为了提高太阳能空气集热器的集热效率,文章提出了折形折流板式集热器,以增大集热面积,增强空气在流道内的扰流和换热效果。通过数值模拟得到,折流板的不同折形角度(60,90,120°)对集热器集热效率的影响,以及当折流板的折形角度为60°时,不同折流板间距、集热器进口风速条件下集热器的集热效率、热损失系数、热迁移因子和压力损失等。研究结果表明:当集热器进口温度为278 K,环境温度为274 K,集热器进口风速为2 m/s时,若折形角度为60°,则集热器的出口温度最大,为350.35 K,集热效率最高,为55.47%;当折流板间距为350 mm时,集热器的集热效率与热迁移因子最大,分别为57.34%,0.595。     

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。     

一种开孔被动式太阳能集热器热效率的研究

对一种具有多孔折线型的被动式太阳能集热器的热性能进行实验研究,探讨在受迫奈件下集热器热效率的计算公式。实测过渡季集热器出口温度、进口风速和太阳辐射强度3个参数。通过实验分析,这种折线型太阳能集热器的热效率可达59．4％,并且热效率随进口风速和太阳辐射强度的增加而提高。此外,集热器效率要先于太阳辐射强度达到当天最大值。     

无盖板渗透型集热器热性能的对比试验

利用太阳能空气加热系统实验台,对黑、深绿和深蓝3种颜色无盖板渗透型集热器的热性能进行了户外瞬态对比试验。试验结果表明:太阳辐射照度和风量是影响系统热性能的重要因素。在高档和低档两种风量下,黑色集热器的瞬时平均热效率分别为76.04%和67.50%,高于普通平板太阳能空气集热器;集热器表面颜色对其热性能有一定影响,在高档和低档两种风量下,深绿色和深蓝色集热器的瞬时平均热效率比黑色集热器低15%～22%,空气温升低3～4℃,但仍然优于普通平板空气集热器。从保持建筑立面美观考虑,无盖板渗透型集热器的集热板可以采用颜色较深的彩色,不会对系统热性能造成较大影响。     

基于TRNSYS的CPC集热器太阳能热水系统的模拟分析

通过TRNSYS软件搭建了复合抛物面聚光器(CPC)集热器太阳能热水系统模型,对广州地区某小型别墅的太阳能热水系统进行了设计,并观察系统在1年(8760 h)中的运行情况。选取了系统在4个典型日的运行情况进行分析,得到了CPC集热器在春分日和冬至日的最高出口温度分别为67.5℃和68.2℃,在夏至日和秋分日的最高出口温度分别为85.7℃和83.3℃。CPC集热器的集热效率随进口流量的增大而增大,随进口温度的下降而升高;经测试,CPC集热器的最佳安装倾角为22°。对CPC集热器和平板集热器的集热性能进行比较后发现,二者的集热功率基本均随太阳辐照度的增加而增加,在冬至日12:00~15:00这个时段,CPC集热器的集热功率是平板集热器的1.5倍。     

空气作工质的真空集热管内流动与换热分析

针对热水作工质时真空集热管内普遍存在的冻结、腐蚀等问题,本文采用空气作工质,推导了空气作工质时真空集热管的集热效率、热损系数和集热管出口温度的方程,分析了影响空气作工质时各项参数对集热器热性能的影响。通过改变集热管进口空气流量来获得尽可能高出口温度的热空气,从而降低热损系数,提高集热效率。此外,由于热空气可以直接送入干燥室干燥物料,不需要二次转换,节能效果好。由理论分析和试验结果可以预见,利用空气作工质的真空传热管具有潜在的应用价值和前景。     

直通式真空管空气集热器热性能实验及干燥应用

在直通式太阳能玻璃真空管空气集热器基础上改进联箱结构,并搭建测试平台对该种改进型空气集热器进行热性能实验研究。通过实验比较改进前后集热器的温升和效率,获得改进后集热器出口温度与太阳辐照度关系的线性回归方程,掌握不同空气质量流量对集热器出口温度和集热效率的影响规律,分析得到该种真空管的最佳串联个数,并对应用该种集热器的太阳能干燥系统的干燥效果进行初步测试分析。该研究结果可为太阳能空气集热干燥系统的设计及应用提供参考。     

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。     

利用同心套管的简化CPC式中高温真空管太阳能集热系统设计与实验研究

通过实验研究了一种利用简化复合抛物面聚光器(compound parabolic concentrato,CPC),全玻璃真空集热管和同心套管组成的太阳能中高温空气集热设备,可以满足工业过程对150℃至200℃的中高温度空气需求。该太阳能空气集热系统由8级集热单元串联而成。各单元都包括一个简化式CPC、一个双层玻璃真空管和一根铜套管。套管被安装在玻璃管内,空气在套管内逐级加热。对各种天气条件和流动参数对集热系统出口空气温度、系统功率和集热效率的影响进行了分析和试验研究。结果表明,整个系统具有良好的中高温集热性能。即使出口空气温度达到210℃,系统平均集热效率仍然达到20%;秋天晴天系统出口空气温度可达210℃,秋季阴雨天也可达168℃。试验结果确认这种简化CPC式全真空玻璃集热管和套管的组合装置是一种有工业实用前途的太阳能高温空气集热器。     

入口脉动对太阳能空气集热器性能影响研究

提出将脉动流引入平板型太阳能空气集热器,通过增加壁面切应力延缓集热器内部积灰速率,提升其长期工作性能。采用数值模拟手段评估了集热器内部积灰对集热性能的影响,探讨了入口正弦型脉动流脉动参数对集热器流动和传热特性的影响。结果表明:在脉动周期内,集热效率基本不随时间变化,除了在0.5～2 Hz小范围低频脉动工况,集热效率均没有超过稳态流动时的集热效率,并且随着无因次振幅和脉动频率的增大,集热效率呈下降趋势;全压损失只随无因次振幅的增大而增加,当无因次振幅增大到1时,全压损失约增加40%左右;平均壁面切应力随无因次振幅和脉动频率的增大而显著增大,当无因次振幅为1,脉动频率为10 Hz时,平均壁面切应力较稳态时可增大132.4%,这将有利于延缓积灰速率并减小积灰厚度,对集热器长期工作性能提升起到积极作用。     

真空玻璃与单层玻璃盖板PV/T集热器性能的对比研究

提出一种真空玻璃盖板平板式PV/T集热器,建立了真空玻璃和单层玻璃盖板PV/T集热器的传热模型,并分别搭建了两种PV/T热水系统的实验平台进行模型的实验验证。预测结果与实验测量结果的均方根偏差（RMSD）在0.71% ~ 11.17%之间。利用数学模型模拟了真空玻璃与单层玻璃盖板PV/T集热器在合肥冬季的热、电性能,并比较了两者性能的差异。模拟结果表明真空玻璃盖板PV/T集热器的顶部热损失平均为22 W,而单层玻璃盖板PV/T集热器热损失平均为107 W。使用真空玻璃盖板能显著减少PV/T集热器的顶部热损失。真空玻璃盖板PV/T集热器相对单层玻璃盖板PV/T集热器的全天热效率提高了5.68%,二者分别为41.76%和36.08%,全天电效率分别为11.76%和12.79%,相差1.03%。