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目前,国家的发展战略提出要进一步加大对可再生能源的投入,太阳能热利用领域面临着新的发展机遇。而国家对保障房建设的投入,也进一步加快了能够满足建筑一体化要求的平板集热器的发展进程。 虽然平板集热器可以承受一定的压力,在中低温范围内集热器效率高,并且不易结垢。但是,平板集热器吸热板使用铝铜等金属材料,价格仍然较高,没有显著的价格优势。另外,平板集热器总体结构的重量较重,不利于壁挂式太阳能热水器的发展。 本文研制出了一种新型的塑料平板太阳能集热器,利用塑料结构代替传统的铜铝复合吸热板结构,可以作为一种平板太阳能集热器的替代产品,广泛使用在家庭生活用水、泳池领域。通过FLUENT软件进行数值模拟分析,并结合相关的试验研究,获得该种集热器集热性能的相关参数。 首先,对传统的平板集热器进行传热过程理论分析,获得集热器能量传递平衡方程、集热器各部分热损和集热器效率计算公式。然后,利用FLUENT软件对塑料平板集热器的闷晒工况进行数值模拟,在定辐射强度下,得到不同时刻集热管内部温度场和流动场的分布。分析可知,集热管上部水的流速最大,中部水的流速变化较大,底部水的流速基本不变,内部形成局部环流。 通过改变集热管的的壁厚,分布为4mm、6mm、10mm,材料的导热系数分别为λ1=1.8w/(m·k)、λ2=18w/(m·k),迎光面和背光面的辐射强度,分别为800W/m2、300 W/m2和700W/m2、200 W/m2,得到不同时刻的集热管内部温度场分布。分析可知,辐射强度和材料导热系数对集热器的升温有较大影响,而材料的厚度影响较小。 最后,搭建了塑料平板太阳能集热器的实验测试平台,测试分为两个部分。第一部分是自然循环流动状态下集热器的运行工况,测试得到水箱各层温度和吸热板温度随着辐射强度和时间的变化曲线,进一步得到集热器的日平均效率。第二部分是强制循环流动状态下集热器的运行工况,通过记录水箱温度和吸热板温度随时间和辐射强度的变化,结合集热器进出口水温变化,得到集热器瞬时效率曲线和集热器的热损失系数。