全流道式平板型太阳能集热器的试验研究与模拟分析

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1、第33卷第12期可再生能源Vol.33No.122015年12月RenewableEnergyResourcesDec.2015全流道式平板型太阳能集热器的试验研究与模拟分析11221王勇，段广彬，丁海成，卢郁，刘宗明（1.济南大学材料科学与工程学院，山东济南250022；2.山东省科学院能源研究所，山东济南250014）摘要：以全流道式平板型太阳能集热器为研究对象，首先进行了集热性能试验测试，在此基础上，利用CFD技术对不同排管管径全流道吸热板内传热介质的流动与传热进行模拟。试验结果表明，全流道集热器集热性能好、保温性能优，最高瞬时集热效率可

2、达86.1%，热损失系数仅为4.179W/（m2·℃）；与有关国家标准比较，最高瞬时集热效率高14.1%，热损失系数低1.82W/（m2·℃）。模拟结果表明：全流道板芯在增大流体传热接触面积的同时产生了横向导流作用，使各排管间流体流量分布更为均衡；全流道板芯热阻小，壁面上热流分布均匀，有效地增大了板芯的对流换热。关键词：平板型太阳能集热器；全流道；流体流动与传热；数值模拟中图分类号：TK513文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）12-1762-07DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.12.0

3、020引言导和参考。平板型太阳能集热器具有结构简单、成本1全流道吸热板平板太阳能集热器低、运行稳定等优势，在新型墙材与绿色建筑一本文所研究的全流道吸热板平板型太阳能体化应用研究中逐渐成为新热点。为提高集热器集热器的基本结构如图1所示。集热器主要由透的热性能，研究人员通过理论与模拟分析，在提明盖板、全流道吸热板、隔热层、箱体4部分组高集热器热效率、改进透明盖板、设置透明隔热成。全流道吸热板是由上下两块波纹形状的换热板、采用纳米流体、研究换热工质流动等方面进板片焊接而成，换热板片的上波峰与下波谷组合[1]～[7]行了努力探索。成排管，上波谷与下波峰

4、之间通过焊点形成横向吸热板是太阳能集热器光热转化的核心部微通道流道（图2）。件，兼具介质流动及传热的双重功效。传统吸热汇集集管板与导热管之间存在接触热阻大、流道排布不合出水口理等问题，往往导致壁面热流密度不均匀、工质微流道流量失衡，最终造成集热器光热转换及传热性能差的后果。采用新型吸热板芯基材、提高流道直接接触传热面积、增大工质传热效率，提高吸热排管片与工质、工质与工质的传热性能，是解决上述问题的关键。本文以全流道吸热板平板型太阳能集热器进水口为研究对象，进行了瞬时效率试验，借助CFD技分流集管术分析了全流道吸热板内传热介质的流动与传图1全流道

5、吸热板平板型太阳能集热器热特性，为今后开发与优化全流道集热器提供指Fig.1Full-channelcollector收稿日期：2015-03-06。基金项目：山东省新型墙体材料专项基金项目（QG024）；山东省自主创新成果转化重大专项（2013ZHZX1A0502）。作者简介：刘宗明（1965-），男，教授，博士，博士生导师，从事热能工程技术研究工作。E-mail：ost_liuzm@ujn.edu.cn·1762·王勇，等全流道式平板型太阳能集热器的试验研究与模拟分析90进口温度950出口温度80环境温度900水箱温度L70辐照度850-2

6、m℃/60·800/WRH温度D5075040700图2全流道吸热板截面结构图太阳辐射强度Fig.2Photographoffull-channelcross-sectionalstructure30650全流道吸热板平板型太阳能集热器结构参206009∶0010∶0011∶0012∶0013∶0014∶0015∶00数：外形尺寸为2420mm×860mm×70mm；玻璃时间盖板透射率τ≥0.94；涂层吸收率α≥0.94；吸热图4试验测试结果板厚度δ=0.5mm；排管间距L=23.7mm；排管通Fig.4Testresults道高度R=7mm；

7、微流道高度H=1mm。试验结果表明：当太阳辐射强度稳定增大2试验研究时，全流道集热器介质进口温度、出口温度、水箱2.1测试系统温度均呈现线性增加；随着时间的推移，太阳辐根据国家标准“太阳能集热器热性能试验方射强度逐渐减小，进、出口处的工质依然保持一法”（GB/T4271-2007）的要求搭建试验台。试验定的温差，并逐渐缩小。这说明该集热器集热能测试系统如图3所示。集热器采用二次换热，以力强、保温性能好，可快速将太阳能转化为热能，丙二醇水溶液作为循环工质，通过循环泵实现强传递给工质。制循环。试验中的测试数据包括集热器进口温2.3数据处理度、出口温

8、度、环境温度、循环工质流量、太阳辐集热器进口温度的归一化温差T、集热效率照度和环境风速。η由下式计算：Ti－Ta水泵总辐射表T=（1）I测温水箱流量计