直膨式太阳能集热器“Y”型流道单元的传热分析与结构优化

针对传统吹胀式集热器传热效率低下的问题,本文对“Y”型流道单元内的流动和传热特性进行数值模拟研究,选取集热器传热子单元的宽度、长度、流道分型角度与流道宽度4个参数作为调控变量,合理优化了流道单元的传热结构。以“Y”型流道单元为研究对象,利用Fluent软件建立了共轭传热有限元模型。通过数值模拟分析得出,在定义的长宽区间内,热效率随着传热单元长度的增加呈现先增大后减小的趋势,压降系数与单元长、宽值均呈负相关关系;而流道宽度与热效率呈正相关关系,与压降系数呈负相关关系。之后基于Box-Behnken原则设计了传热优化的响应面试验,对热效率和压降系数进行双目标优化,确定了最佳单元设计方案。优化结果表明,当传热流道的子单元长度为40 mm,宽度为35 mm,分型角度为60°,流道宽度为11 mm时,“Y”型流道的热效率为0.782,压降系数为0.121。最后,搭建了直膨式太阳能辅热系统对该方案进行了实验测试,实验结果表明,使用该“Y”型流道的集热器体现出更优的太阳能利用率,使系统的COP提高了15.2%。本研究为提高吹胀式集热器的传热效率,并对其他类型流道的设计和优化提供了参考。

Heat Transfer Analysis and Structure Optimization of

Aiming at the problem of low heat transfer efficiency of traditional roll-bond flat plate, this paperconducts a numerical simulation study on the flow and heat transfer characteristics in the