梯形涡发生器强化太阳能集热墙换热的优化研究.pdf

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1、分类号：密级：公开学号：2015210527单位代码：10759石河子大学硕士学位论文梯形涡发生器强化太阳能集热墙换热的优化研究学位申请人周鹏忠指导教师姜曙光教授稂杰高工申请学位类别专业硕士专业名称工程硕士研究领域建筑与土木工程所在学院水利建筑工程学院中国·新疆·石河子2018年5月OptimizationResearchonheattransferenhancementofsolarcollectorwallwithtrapezoidalvortexgeneratorsADissertationSubmittedto

2、ShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByZhouPengzhong(ArchitecturalandCivilEngineering)DissertationSupervisor：Prof.JiangShuguangSnEngr.LangJieMay,2018石河子大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成

3、果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示谢意。研究生签名：时间：2018年6月3日使用授权声明本人完全了解石河子大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文在学校图书馆保存并允许被查阅。有权自行或许可他人将学位论文编入有关数据库提供检索服务。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。研究生签名：时间：

4、2018年6月3日导师签名：时间：2018年6月3日摘要目前涡发生器大多运用于机械制造领域，在建筑领域的研究和运用较少。以石河子大学实验农场1连的太阳房作为研究对象，基于涡发生器强化换热的理论，对梯形涡发生器的各要素进行优化，通过改变太阳房集热墙腔体内空气流动形式，优选一种对太阳房集热墙强化换热效率较高的梯形涡发生器。首先建立太阳能集热墙系统和梯形涡发生器的物理模型和数学模型，然后利用数值计算的方法对附加不同类型的梯形涡发生器的太阳能集热墙系统进行数值模拟。分析不同的梯形涡发生器尺寸参数和布置方式对太阳能集热墙强化换热

5、效率的影响，其中包括梯形涡发生器的翼首高度、翼间距和列间距。选择太阳房其中一间作为试验测试的具体对象，确定最优的梯形涡发生器。模拟研究：当翼首高度为变量因素时，分别选定1cm、3cm、5cm作为翼首高度进行模拟；当翼间距为变量因素时，分别选定0cm、1cm、1.5cm来布置梯形涡发生器的翼间距进行模拟；当列间距为变量因素时，分别选定5cm、10cm、15cm作为列间距来布置梯形涡发生器进行模拟。试验研究：选择太阳房中一间的集热墙作为试验测试的对象。测试主要分为三种工况：1）翼首高度分别为1cm、3cm和5cm的梯形涡发

6、生器，测试并得出换热系数；2）翼间距为0cm、1cm和1.5cm的梯形涡发生器，测试并得出换热系数；3）列间距为5cm、10cm和15cm的梯形涡发生器，测试并得出换热系数。模拟研究表明，当翼首高度为3cm附近时，梯形涡发生器的强化换热效果最好，换热效率达到了7.8W/（m2·K），1cm和5cm次之，换热效率分别为7.5W/（m2·K）和7.3W/（m2·K）；当翼间距为1cm时梯形涡发生器对空气的扰流最剧烈，所产生的涡旋数量最多强度也最大，综合换热效果要远远大于翼间距为0cm和1.5cm的梯形涡发生器，换热系数达到

7、8.3W/（m2·K），而翼间距为0cm和1.5cm时换热系数却只有7.6W/（m2·K）和7.9W/（m2·K）：当列间距为10cm时换热效果最优也最为明显，换热系数为8.5W/（m2·K），列间距按5cm和15cm布置的梯形涡发生器换热效率较低，换热系数分别为7.7W/（m2·K）和7.6W/（m2·K）。试验研究表明，翼首高度为3cm时梯形涡发生器换热效果最优，换热系数最高达到了8.6W/（m2·K）；翼间距为1cm时换热系数最大，换热系数最大为8.7W/（m2·K）；列间距为5cm时换热效率最高，换热系数最高为

8、8.8W/（m2·K）。本实验模型中当翼首高度为3cm、翼间距按1cm、列间距按5cm布置时，梯形涡发生器的换热效果最优。实验研究实现了对梯形涡发生器的尺寸和布置方式的优化，大幅度提高了传统集热墙的换热效率。1）翼首高度和翼间距的优化结果基本一致；2）列间距的优化结果不同，造成的原因：模拟过程中气候条件和实际测试的气候条件有一定差