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随着全球经济快速发展和人口不断增长,因一次能源大量使用而产生了大量环境问题,因此必须大力发展低碳清洁能源,而太阳能作为一种永不衰竭的清洁能源,逐渐引起人们的重视。太阳能热利用与其他可再生能源技术相比更加廉价成熟,平板集热器性能的提升及优化研究也受到了广泛关注。传统的平板集热器大多采用铝、铜等较重的金属材料,管路容易发生腐蚀,本文设计了一种碳塑平板太阳能集热器,这种碳塑平板太阳能集热器采用塑铝复合吸热板,排管采用塑料管,能够很好提高平板集热器的抗腐蚀性能,在塑料管的外侧利用超声波涨接技术将塑料管和铝合金紧密结合起来,保证集热器的集热性能。本文首先对平板集热器的结构和工作原理进行了介绍,结合能量平衡方程,分析了太阳辐射能在平板集热器中的传递,建立其数学模型,结合热阻网络图对热损系数进行详细的分析研究,为本文碳塑平板集热器的实验研究奠定了理论基础。然后基于平板集热器理论分析设计了碳塑平板太阳能集热器的具体结构尺寸,搭建了碳塑平板太阳能集热器的测试实验台,采用室外稳态测试方法进行试验,记录同一工况下环境参数集热板工质进出口温度、进口质量流量等数据,得出集热器瞬时效率归一化曲线为(9)-(28)iη64.9709.0T。根据所设计的碳塑平板太阳能集热器又进行了数值模拟,先利用ICEM CFD软件建立集热器的物理模型并行网格划分,再导入FLUENT软件中进行模拟计算,在303K、309K、315K、321K的进口温度下算得集热器的出口温度和温度分布云图。最后对模拟结果与试验结果进行了对比分析,由数值模拟所得集热器瞬时效率的归一化曲线为(9)-(28)iη45.9727.0T,两者之间误差在3%以内,证明数值模拟正确可行。采用数值模拟的方式对碳塑平板集热器进行结构优化,得出随吸热板厚度的增加,排管内径的增大及吸热板宽度的减小,集热效率会得到提升,确定了集热器结构优化设计的方向,对平板集热器的设计改进有一定参考价值。