多孔介质太阳能集热组合墙的耦合传热与流动分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第29卷第2期太阳能学报V01．29．No．22008年2月ACIENERGIAESOLARISSINICAFeb．，2OO8文章编号：o2．s4-oo96(zoo8)oz-ozzo-o7多孔介质太阳能集热组合墙的耦合传热与流动分析陈威，刘伟2(1．上海海事大学热能与动力教研室，上海200135；2．华中科技大学能源与动力工程学院，武汉430074)摘要：针对接触型和分隔型多孔介质太阳能集热组合墙系统，分析了太阳辐射及环境温度变化时，组合墙内传热与流动变化。多孔介质太阳能集热组合墙中，多孔介质起半透明隔

2、热体和蓄热体的作用。多孔介质集热层的孔隙率、粒径、材料热导率和多孔介质集热层在组合墙中的位置对系统的采暖效果影响较大。关键词：太阳能；采暖墙；多孔介质；传热与流动中图分类号：TK124文献标识码：A0引言被动式太阳能集热墙在建筑领域获得广泛应用，如何合理地建造太阳能集热墙一直是国内外研究探讨的课题⋯。本文将多孔介质层作为集热和蓄热体应用于太阳能采暖墙，比较两种类型的多孔介质太阳能组合墙的传热与流动及对房间采暖的影响。1数学物理模型1．1物理模型a．接触型以多孔介质为太阳能集热层的采暖组合墙体在采暖房的南侧，组合墙体外侧为透明玻璃结构。多孔介质太阳能集

3、热层外表面对太阳辐射吸收率较大，位于采暖房蓄热南墙与透明玻璃结www.zhulong.com构之间。多孔介质层与蓄热南墙紧密接触，且与透明玻璃结构之间有空气夹层称为接触型，多孔介质分别与蓄热南墙和玻璃板之间有空气夹层的为分隔型，如图1所示。1．2组合墙系统空气层和蓄热南墙的数学模型在对采暖组合墙系统空气层的温度分布、气体流动进行分析时认为Boussinesq假设成立，采用N—S方程。蓄热南墙内为无气体流动的纯导热问题。b．分隔型图1多孔介质太阳能集热组合墙示意图连续性方程：Fig．1Schematicofacompositewalldv+：0(1)s

4、olarcolectorwithaporousabsorber收稿日期：2006—10—20基金项目：国家自然基金(50376015)；上海市教委科研项目；上海市重点专业建设项目通讯作者：陈威(1968一)，男，博士、副教授，主要从事多孑L介质中的传热传质及其应用方面的研究。weichen96@sina．12011维普资讯http://www.cqvip.com2期陈威等：多孔介质太阳能集热组合墙的耦合传热与流动分析2211．4边界条件及初始条件动量方程：++等=()1)采暖组合墙外侧透明玻璃板热的平衡条件：+(au)(2)AgG札m+Q+Q+Q+Q

5、ca0=0(9)g。式中，G札m——太阳入射辐射；】7A——分别为玻璃++ay=(3)+()+x板对太阳辐射的吸收系数和外表面积；Q小——玻璃(T—Tc)(3)板与多孔集热层间的辐射换热中玻璃板所吸收的能量方程：量；Q——玻璃板表面与天空之问的辐射换热量；p、Q——分别为玻璃板与室外、玻璃板与多孔集．oc+．oc(Ⅱ+筹)=()+热层之间空气对流换热量。()(4)2)多孔集热层的外表面热平衡条件：1．3多孔介质集热层：hp，KApd=却pGs=Ap+Qph+Q印(10)x采暖组合墙系统内空气层的气体流动与多孔介式中，、叩。、Ap——分别表示集热层表面

6、对太阳辐质集热层内气体流动相互影响，在研究集热层内的射的吸收率、玻璃板对太阳辐射的透过率、集热层表传热与流动时，将两者作为一个整体考虑。多孔介面积；Tp——集热层表面温度；Q曲——集热层表面质集热层采用Brinkman—ForchHeimerExtendedDarcy模型。与玻璃板之问的辐射换热中集热层表面所吸收的量；Q——集热层外表面与玻璃板之问空气的对流连续性方程：+：o(5)ddV换热量；。——多孔集热层的表面坐标。动量方程：卫0O+(Ⅱa尝+等)其它条件：rⅡl：一=Ⅱl：，I：一=l：+，Pl：一=PPPPP=一+(3)+()一xp++一+

7、+--Ⅱa(6)3)分隔式多孔介质太阳能集热墙的南墙外表面热平衡条件：等+号(Ⅱ等+)A=Q+QwWlp(11)=一+()+()一式中，、A讪。——分别为南墙导热率、南墙表[2Vd++(一)(7)面积和南墙内表温度；Q——南墙外表面与多孔www.zhulong.com介质集热层之间的空气换热量；Q——南墙外表能量方程：(10c)aT+10c(ⅡaT+)=面与多孔介质内表面之间的辐射换热量。接触式多孔介质太阳能集热墙无此热平衡。(嚼)+(筹)(8)4)蓄热南墙内表面及采暖房的热平衡条件：其中，Ⅱ。——分别表示集热层的达西速度；0、蓄热南墙内表面：KA=

8、Q讪i(12)、——分别表示集热层的孔隙率、有效粘度、表观导热系数；K、c——分别表示集热层的渗透率、惯采暖