高效太阳能空气集热器的研究

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1、第30卷第1期太阳能学报Vo1．30．N0．12O09年1月ACTAENERGIAES0LALEUSSINICAJan．，20o9文章编号：0254-0o96(20o9)0l-0o61·o3高效太阳能空气集热器的研究张东峰，陈晓峰(宁夏大学机械工程学院，银川75O021)摘要：为制作和运输方便，太阳能空气集热器采用单元制作、现场安装的方案。利用优化设计的方法得出太阳能空气集热器的最优结构参数，结合集热器的使用性和加工工艺性，选择集热器单元的结构尺寸和制作用料，提高集热器的热效率、降低制作成本。经对样机使用表明，该太阳能空气集热器安装方便、造价便宜，

2、能够为农业干燥作业提供绿色能源。关键词：太阳能；空气集热器；单元中图分类号：11<513文献标识码：A计算机模拟仿真技术，利用ANsYs软件的参数化分O引言析和计算语言APDL，对给定外型尺寸的太阳能空气我国是一个农业大国，干燥作业是农副产品加集热器进行参数化建模，同时利用APDL语言的计工过程中的一个必要环节，且耗能巨大。干燥作业算控制和结果提取功能以及循环迭代算法，模拟计基本上是以干燥的空气作为热载体，若采用太阳能算出太阳能空气集热器不同形式下的温度场，最后水集热器，则需要进行能量的二次转移，即先将水加得到使太阳能空气集热器出口温度达到最大时的

3、构热，再由热水将空气加热，这将增加设备投资且降低造形式，最终提取出其最优结构参数。热效率。最佳方案是用太阳能空气集热器直接将太1．2太阳能空气集热器的定型设计阳能转化为热能，储存在空气中使空气温度升高，用1．2．1空气集热器的结构设计热空气进行干燥作业。我国市场上没有成型的太阳1)首先设计制作小型集热器模型，并对其进行能空气集热器产品，国家也没有关于太阳能空气集有限元分析；经优化处理，最后确定空气集热器的基热器的相关标准，多数企业是根据需要量身订做。本结构(见图1)。工农业生产领域的太阳能设备大都比较简陋，其中最主要的原因是设备制造成本太高。因此，

4、研制开发热效率高、造价低廉、安装方便、便于大批量生产的太阳集热器，对于将太阳能利用于干燥作业有重要意义。1太阳能空气集热器的设计1．1总体设计方案经查阅资料，分析对比，最后确定空气集热器采图1小型集热器模型的基本结构Fig．1Basicstmcture0fthesmallcoUect0rmodel用平板式结构。该结构便于安装，有利于降低制造2)考虑到一般太阳能空气集热器的使用面积均成本。很大，为便于运输和安装，设计采用单元制作，现场设计的关键是确定结构参数，合理的结构参数拼装。将有助于提高太阳能空气集热器的热效率。这一过太阳能空气集热器单元由空腹钢

5、窗料和角钢焊程是采用优化设计方法完成的。具体做法为：通过收稿日期：2O07—o7—07通讯作者：张东峰(1968一)，男，副教授，主要从事农业机械方面的研究。f1967@l63．c一62太阳能学报30卷接成矩形框架，单元与单元间采用插件连接。集热收吸热面的对流和辐射损失，面盖性能决定温室效器单元尺寸的确定应考虑三方面因素：一是应考虑应的强弱。首次采用了聚碳酸脂制成的中空板最优结构参数；二是应考虑制作用料的尺寸。单元(Pc)——阳光板。阳光板重量轻，约为同厚度玻璃制作所用的材料都是市场出售的型材，都有规定的的1／12，搬运、安装非常方便，同时也可以有

6、效节约外形尺寸，结合其尺寸，能有效提高材料使用率，减构架和安装成本；P(=中空板具有良好的隔热性能，少加工量；三是应考虑单元搬运和现场安装的方便能够有效地阻止室内外热量的传导，保持室内温度性，这就要求单元不能太大。综合以卜因素，最终确均衡，是现代温室的理想采光覆盖材料。国内自9o定单元的设计尺寸为：4．2m(长)×2m(宽)×0．2m年代初开始应用中空阳光板(又称不碎玻璃)以来，(高)，单元面积8．4In2。随着高科技的牛产工艺生产出综合性能极佳的产3)单元制作时先不安装透明盖板，等现场拼装品，价格下降幅度较大，其应用领域更广泛。后再安装。安装透明

7、盖板时一定要注意密封，密封阳光板的主要技术参数：冲击强度(J／m)：85O；性将直接影响集热器的热效率。一般采用铝合金压透光率(％)：88；比重(g／cm3)：1．2；热膨胀系数(mrn，条定位、玻璃胶密封。(m·C(=))：0．065；可耐温度(℃)：一4o℃～+120℃；图2为太阳能空气集热器单元结构图，图3为传热系数(w／(·c【=))：2．3～3．9；抗拉强度(N／用单元拼装的太阳能空气集热器。znm)：≥60；比热(kJ／(kg·K))：1．17；热变形温度(℃)：140。②吸热面。可由各种金属或非金属材料制造，表面涂黑，能充分吸收入射的

8、太阳能，并传给通过其中的工作流体。要使表面涂层达到既有高的太阳吸头收比又有低的发射率，使其尽可能多地吸收太阳辐射能，减少吸