太阳能空气集热器已被广泛应用于建筑供暖、产品干燥以及太阳能制冷等领域,提高集热效率是空气集热器应用的关键,目前主要通过改变吸热板结构、增加表面粗糙度等措施实现,但这也会导致系统摩擦损耗增加。因此,如何合理设计空气集热器吸热板结构,平衡提高集热器集热效率与系统摩擦损耗增大这对矛盾,是目前太阳能空气集热器研究中需解决的重要课题。针对该问题,本文构建了吸热板上带有半球形凸起结构的太阳能空气集热器,并采用Fluent系统地研究了不同的吸热板结构参数对太阳能空气集热器换热性能的影响。本文主要研究工作包括:(1)首先介绍了平板型太阳能空气集热器的基本结构与工作原理,并建立该集热器的基本理论模型,分析了集热器内的能量迁移过程与规律。对前人研究工作的总结表明,吸热板上带有半球形凸起结构的太阳能空气集热器不仅能有效提高集热效率,还能保持摩擦损耗保持在相对较小的范围。(2)利用Fluent建立了具有半球形凸起结构的集热器的物理模型,分析当Re数在3600~18100范围内,凸起直径d在5mm~15mm范围内,倾角α在15°~60°范围内以及节距p在30mm~60mm范围内多种情况下集热器通道内的换热特性,并将其与光滑吸热板空气集热器对应的结果进行对比。根据云图可知,与光滑吸热板空气集热器相比,具有半球形凸起结构的集热器在空气与吸热板交界面处Nu数更大,但空气压降也更大。说明具有半球形凸起结构的集热器能够有效提高集热效率,但也增加了系统的摩擦损耗。(3)将数值模拟结果进行总结,分析了具有半球形凸起结构的集热器各性能参数随凸起直径d,倾角α和节距p的变化规律,并将所得结果与光滑吸热板空气集热器对应的结果进行对比分析。分析结果表明:与光滑吸热板集热器相比,具有半球形凸起结构的集热器换热性能大幅提升,吸热板与空气交界面的平均Nu数最大提高约三倍;集热器的综合效率随各结构参数的变化规律较复杂,需综合考虑各结构因素的影响,且在半球形凸起直径取10mm,倾角取45°,节距取45mm时,系统的综合效率最高。综上所述,半球形凸起结构的吸热板空气集热器能有效提高集热器的集热效率,优化获得半球形凸起直径取10mm,倾角取45°,节距取45mm时,系统的综合效率最高。本文研究对工程实践具有一定的指导意义。