微热管阵列式平板太阳能空气集热器集热特性研究

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太阳能是一种清洁的、环保的可再生能源,它是取之不尽、用之不竭的。目前,太阳能利用的基本方式可分为光—热利用、光—电利用、光—化学利用、光—生物利用四类。太阳能热利用技术在其中最为可靠。太阳能空气集热器是太阳能热利用中的集热部件,也是关键部件,在室内采暖、强化通风、农产品干燥、转轮除湿等领域都有大量应用。而热管具有传热系数高、传热温差小及单向传热等诸多优良特性。所以在本文中使用微热管阵列作为集热与传热部件,设计与构建了一种新型微热管阵列式太阳能空气集热器,搭建了关于该集热器的集热特性分析的实验平台。并对这种新型热管平板太阳能集热器进行了数值模拟研究。具体来说主要包含了以下三个方面的工作。  1.使用了微热管阵列与吸热膜贴附这一全新的形式,并把微热管阵列成功应用到集热器中,把以前的热管与吸热膜的线接触变为现在的面接触,大大提升了集热器的集热效率,又避免了阻力的增大。而且该集热器具有结构简单,可靠性高,集热效率稳定的特点。  2.本文阐明了该集热器的工作原理和理论基础,着重对该平板集热器的集热特性进行了全年工况的实验研究,分析了集热效率、(火用)效率、太阳瞬时辐照度、进出口温度、空气流量以及热损失系数之间的关系,对平板集热器的能量平衡进行了理论分析研究。结果表明,集热器的瞬时集热效率在风机风量为最大时即290m3/h到达68%左右,(火用)效率最大为54%。并根据(火用)效率分析可以确定最佳流量应在240~290m3/h。  3.对本文设计的新型微热管式太阳能空气集热器进行了三维的数值模拟。并通过实验结果与模拟结果的对比分析,验证了数学模型的准确性。利用Fluent软件分析了集热器结构影响因数中的倾斜角、保温层厚度以及空气层厚度对集热器效率的影响。并对室外参数中的温度、风速方面也使用Fluent软件进行了计算。
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