四种交叉V型吸热板-底板太阳能空气集热器热性能的数值模拟对比分析-论文.pdf

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1、云南师范大学学报(自然科学版)JournalofYunnanNormalUniversity2014年7月34卷4期(Vo1.34No.4)DOI:10.7699/j.ynnu.ns一2014—049四种交叉V型吸热板一底板太阳能空气集热器热性能的数值模拟对比分析陈怀,高文峰,刘滔,林文贤,刘雪平(云南师范大学太阳能研究所,教育部可再生能源材料先进技术与制备重点实验室,云南昆明650092)摘要:作为最常用的一类平板型空气集热器,V型波纹吸热板空气集热器近年来被广泛应用和研究.采用相同几何尺寸(长2

2、m,宽1m)的波形板,构成四种不同流道的交叉V型吸热板一底板太阳能空气集热器,应用太阳载荷模型,利用FIUENT软件,对集热器在倾角为3O。,人口空气流量为6O/h的工况进行了三维数值模拟,得到集热器不同位置的温度场、吸热板中心宽度0.5m处的平均努赛尔数和瞬时效率,并对其进行了对比分析,得出空气集热器的V型吸热板横向放置、底板纵向放置结构的瞬时效率最高.关键词:交叉V型太阳能空气集热器;数值模拟;瞬时效率中图分类号:TK513.1文献标志码:A文章编号:1007—9793(2014)04—0012

3、—08型进行了合理的简化,利用有限差分法对微分方1引言程进行离散化即得到空气集热器的瞬时效率.Abdul—Malik和Ebrahiml1设计V型吸热板空作为太阳能利用的重要装置,太阳能空气集气集热器,不仅增加了吸热面积,而且可以实现太热器被广泛地用于作物干燥和空间加热l1].从已阳光的二次反射和吸收,提高了效率.Metwal—有的研究成果看,除平板型空气集热器外,V型lyE“]设计了一种波纹状吸热板的空气集热器,此波纹吸热板空气集热器以其结构简单、制作方便、种吸热板增加了吸热面积,其性能优于传统集热

4、成本低廉及换热效率较高等优点成为研究和应用器.A.AEI—SebaiiE]等利用实验和理论分析的较为广泛的一类空气集热器.最早对其进行研究方法对双流道V型波纹板太阳能空气集热器的的是Elsherbingl6],随后赵锡伟等人[7]在其基础空气出口温度、有用的热量输出和总的热损进行上,对V型吸热板与玻璃盖板问空气夹层的自然了研究,结果发现实验结果和理论分析有很好的对流换热进行计算机模拟计算与实验,并对V型吻合;文中还分析了空气质量流率对压降和热液波纹吸热板的辐射特性进行分析,建立了“镜漫反压效率的影响

5、,结果表明双流道V型波纹板太阳射混合模型”.张珂理l8对V型波纹多孑L体太阳能空气集热器比双流道平板型太阳能空气集热器能空气集热器的热性能和光学性能进行了研究,的热效率高1l~14.由能量平衡方程组得到了热性能参数和光学性能从目前的研究看,使用V型波纹板已经成为参数的解析表达式,并通过数值计算求得了与试提高太阳能空气集热器热性能的一种重要方式.验结果相符的理论效率.袁旭东等_9]从太阳能空本文在前人研究的基础上,以交叉V型吸热板一气集热器传热特征及热平衡分析出发,对V型太底板太阳能空气集热器为研究对

6、象,设计了四种阳能空气集热器的热过程进行了数值模拟,建立不同的吸热板与底板的放置方式,利用CFD技了适用于V型集热器、单、双流道集热器、带与不术,建立集热器的三维数值模拟模型,在模型中加带肋片集热器的通用数学模型,并根据实际对模载太阳载荷模型,既考虑了直接辐射、漫射太阳辐*收稿日期:2014-0603基金项目:国家自然科学基金资助项目(51266016,11072211);云南省应用基础研究计划资助项目(2011FA017).作者简介:陈怀(1989),女,云南保山人,硕士研究生,主要从事太阳能热利

7、用及计算流体力学方面研究.通信作者:高文峰(1970一),男,副教授,主要从事太阳能热利用及计算流体力学方面研究.E—mail:413900096@qq.COFI1.第4期陈怀,等:四种交叉V型吸热板一底板太阳能空气集热器热性能的数值模拟对比分析·13·射和地面反射,并同时考虑了系统内部散射和漫进行性能对比,四种集热器除了放置方式不同外,射及太阳的位置变化等,使得计算更接近实际.文其他参数如V形开口角、V形边长、空气流道高中对比分析了四种集热器在相同流量下的瞬时效度、吸热板与玻璃盖板距离尽量选择一致

8、,其中空率和传热性能,同时还深入研究了集热器中温度气流道高度为吸热板与底板的最大距离(即吸热场,不仅可以对比四种集热器在热性能方面的优板的V形波峰与底板的V形波谷的距离)与最小劣,还可以揭示集热器内部的传热机理.距离(即吸热板的V形波谷与底板的V形波峰的距离)的平均值.集热器各项几何参数如表12集热器物理模型所示.为了使不同的吸热板与底板的放置方式能够表1集热器几何参数Table1Thegeometricparametersofcollector图1为研究的四种集热器

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