扰流板型太阳能平板空气集热器数值模拟研究

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能源是人类社会存在与发展的基础。太阳能作为最重要的可再生能源,它的开发和利用是开发利用新能源和可再生能源的重要内容。充分利用太阳能资源,优化太阳能设备装置的设计与使用,不仅能带来良好的社会效益和环境效益,而且会带来巨大的经济效益,因此具有很大的研究价值。太阳能空气集热器是太阳能光热利用技术的重要形式,但由于他的导热工质为空气,使得集热器整体传热性能降低,提高空气集热器集热性能的瓶颈在于提高空气侧对流换热系数。因此,本文设计了扰流板型太阳能平板空气集热器,这是由于扰流板的存在,使流体流动过程变得复杂,增大了湍动能,从而提高空气侧对流换热系数;增加扰流板还能增长流体在集热器中的流程,增加空气在加热腔内的驻留时间,保证空气被充分加热,提高集热效率。本文利用数值模拟方法对扰流板型太阳能平板空气集热器进行研究,并以流体力学理论和传热学理论为基础,结合传热学、高等传热学和流体力学的相关理论,确定其边界条件。通过Fluent模拟研究不同夹角、不同间距的扰流板对空气集热器热性能的影响规律;通过强化传热综合评价参数对12种扰流板综合评价,得出最佳扰流板结构参数,结果表明夹角为45°,间距为140mm的扰流板空气集热器的热性能最好;同时分析送风速度、太阳辐照度对扰流板集热器的热性能的影响,分析表明随空气流速的增大,空气带走的总热量增大,但空气流速增加到某一值,空气带走的总热量几乎不变,综合考虑集热器效率,出口温度,风机耗功等因素,本文认为空气最佳流速在3m/s左右;太阳能辐照对集热器的效率影响不明显,但对集热器的出口温度影响较大;对最佳扰流板型空气集热器内部流场分析,分析发现涡流区也是温度最高,其温度比平均温度要高40°C以上,这会增大集热器的热损,影响集热器的性能,因此有必要改进。通过对其结构优化,发现改进后的综合性能参数比改进前有所提高;并得出其效率曲线方程为
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