扰流板型太阳能平板空气集热器的结构优化及仿真研究
发布时间：2021-01-26 22:42
太阳能平板空气集热器具有结构简单、成本低、易安装和维护等优点,广泛应用于农副产品的干燥等领域,是太阳能干燥系统的核心部件,研究如何通过优化太阳能空气集热器结构来提高其集热性能具有重要的意义。本文设计了一种扰流板型太阳能平板空气集热器,集热腔体内装有若干个扰流板,形成蛇型的气流通道,加长了气体流程、增加了空气与吸热板间的热交换过程、通过影响进入集热器内部的气流状态,达到提高集热器集热性能的目的。因集热器腔体内气体流速与扰流板长度、数量存在交互作用,为探究扰流板长度和数量的最佳组合,本文展开了以下研究:首先,搭建太阳能平板空气集热器试验系统。在该系统上进行试验,研究风速、扰流板数量和长度对集热器集热性能的影响,找出最佳进口风速、扰流板数量和扰流板长度的组合;其次,基于CFD理论使用COMSOL Multiphysics建立了平板太阳能空气集热器的数值仿真模型,进一步分析在不同工况下集热器内部流体的流动状态,并根据仿真结果提出优化方案。最终,结合集热器性能试验测试结果和数值仿真模型得出以下结论:（1）扰流板型太阳能平板空气集热器集热性能相对于未添加扰流板的普通平板空气集热器的集热性能有所提高...
【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１世界能源利用状况??Ｆｉｇ．?１?Ｗｏｒｌｄ?ｅｎｅｒｇｙ?ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ?ｓｔａｔｕｓ??
?中在建筑应用和工农应用两个领域。在太阳能工农业领域热利用方面，主要是集??中在对物料和农产品的千燥。我国是农业大国，将太阳能用于农副产品干燥既能??提高产品的千燥效率和产品质量，又能将清洁能源应用于千燥领域，对改善我国??能源结构和保护生态环境方面都具积极的作用［８］。??：：―二］ｒｆ?昼１１?ｆ?Ｉ??雇凇期蘼Ｘ丨Ｉ?Ｗ丨凇］ｔｒ；邾湘｝〇丨７?丨朌??ＭＵ?（Ｋ３?Ｉｍｄ；?Ｍｌ?＾?ｈａ?ＭＵ?ＣＤ?Ｍｒｎ?ｍｍ?ｆａ??ｗｍｄｍ?薩醒鮑鷗蚴喟■＿ｍ｛Ｍ??图２世界各国太阳能的热利用现状??Ｆｉｇ．２?Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｓｉｔｕａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｏｌａｒ?ｅｎｅｒｇｙ?ａｒｏｕｎｄ?ｔｈｅ?ｗｏｒｌｄ??１．２太阳能集热器概述??１．２．１太阳能集热器??太阳能集热器是通过吸收太阳辐射能量加热集热器内部传热工质的装置，是??太阳能热利用的核心设备。目前，太阳能集热器广泛应用在工业加热、发电、海??水淡化及干燥等领域。太阳能集热器可以按以下方式分类。??太阳能集热器的传热工质分为液体和气体，太阳能液体集热器主要用于热水??器系统，比如家用热水器和鱼池保温；相对于液体集热器，太阳能空气集热器在??低温环境不易结冰，利于保存，在运行过程中传热工质的泄露不会对整个系统的??运行产生过大的影响，因此广泛用于对农副产品干燥领域。??太阳能集热器接收辐射的形式主要分为聚光和非聚光两种，聚光型太阳能集??热器能通过特殊的结构，在局部形成高温，一般用于对温度要求高的系统，如太??阳能发电系统和太阳能灶等。但是聚光型太阳能集热器在安装时需要配备自动追??踪太阳光的装
?内蒙古农业大学硕士论文?３??位的国家安装量柱状图，由图可见我国平板集热器安装量遥遥领先［１°］，我国对太??阳能集热器的需求量之大，其中以平板集热器为主。??雛蚁？??搴看《癱縳Ｂ?禳予響？技２１?ｍ??２Ｊ．〇ｕ??ｎ．ｏｃｃ??ｉＭＸＩＣ?＿?議??！？００＆?Ｈ?Ｈ?ｉ２．ｍ?１２．７３Ｔ??ｉｌｌｌｌｉｉｌｉｉｉ??Ｏ?篇?＿？?ｉＢＪＫ?巴?Ａ?靡?Ｋｔ?ＭＵ?Ｕ，氣?Ｍ?＿＿??图３世界各国平板集热器的安装量??Ｆｉｇ．３?Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｌａｔｅ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ?ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ??１．２．?２平板太阳能空气集热器??平板型太阳能空气集热器的结构简单、便于维护、承压性能好、寿命长、成??本低廉和投资回收期短，且干燥介质是空气，在存放时不会出现冬季结冰的现象，??适用于对农副产品的干燥。按平板集热器的内部结构，可将其概分为渗透型和非??渗透型两大类［１１］。??非渗透型集热器与渗透型集热器的根本区别在于气体能否透过吸热板加热。??非渗透型集热器的腔体内，空气只会沿着吸热板表面流动，部分气体无法透过吸??热板，对气体流速和温度都存在一定的影响，但这种集热器结构简单，成本低，??实用性强。??相对非渗透型集热器，渗透型集热器对吸热板结构进行了一定程度的优化，??能够让气体通过吸热板，增大了气体的换热面积与流动性。但由于其结构复杂，??在改变吸热板结构时，需要对集热器传热模型进行合理的分析后方可投入设计，??否则不但效率没有提高，反而增加了集热器的成本。??１．３国内外研究现状??太阳能平板空气集热器的传热工质为空气，存在导热系数较小，与集热器吸??热板间
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界能源发展趋势与中国能源未来发展方向[J]. 张所续,马伯永. 中国国土资源经济. 2019(10)
[2]平板太阳能集热器技术发展趋势[J]. 黄俊鹏,陈讲运,徐尤锦. 建设科技. 2017(04)
[3]导流板渗透式太阳能空气集热器热性能研究[J]. 王军锋,顾锋,支良泽,何剑扬. 太阳能学报. 2015(01)
[4]折流板型太阳能空气集热器数值优化[J]. 胡建军,孙喜山,徐进良. 燕山大学学报. 2011(05)
[5]平板型太阳能集热器的研究进展[J]. 彭运吉,王鲁振,王伟,程琳. 能源与节能. 2011(08)
[6]扰流板型太阳能平板空气集热器集热性能[J]. 夏佰林,赵东亮,代彦军,李勇. 上海交通大学学报. 2011(06)
[7]平板式太阳能空气集热器流道改进的试验研究和数值模拟[J]. 丁刚,左然,张旭鹏,王坤. 可再生能源. 2011(02)
[8]不同结构平板型太阳能空气集热板集热效率研究[J]. 肉孜·阿木提,高泽斌,李峰. 新疆农业大学学报. 2009(03)
[9]浅谈太阳能干燥技术及应用前景[J]. 钱珊珠,王春光,徐明娜. 农业机械. 2008(17)
[10]渗透型太阳能空气集热器集热效率研究[J]. 王崇杰,管振忠,薛一冰,王德林. 太阳能学报. 2008(01)
博士论文
[1]环境因素对平板型太阳能集热器热性能的影响研究[D]. 王敏.清华大学 2016
硕士论文
[1]太阳能平板空气集热器内部流动与传热特性分析及优化研究[D]. 卢喜梅.石家庄铁道大学 2017
[2]扰流板对太阳能集热器性能的影响分析及模拟研究[D]. 赵宇航.内蒙古农业大学 2016
[3]太阳能空气集热器结构及其热特性试验研究及仿真[D]. 扈艳艳.内蒙古农业大学 2014
本文编号：3001938
【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１世界能源利用状况??Ｆｉｇ．?１?Ｗｏｒｌｄ?ｅｎｅｒｇｙ?ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ?ｓｔａｔｕｓ??
?中在建筑应用和工农应用两个领域。在太阳能工农业领域热利用方面，主要是集??中在对物料和农产品的千燥。我国是农业大国，将太阳能用于农副产品干燥既能??提高产品的千燥效率和产品质量，又能将清洁能源应用于千燥领域，对改善我国??能源结构和保护生态环境方面都具积极的作用［８］。??：：―二］ｒｆ?昼１１?ｆ?Ｉ??雇凇期蘼Ｘ丨Ｉ?Ｗ丨凇］ｔｒ；邾湘｝〇丨７?丨朌??ＭＵ?（Ｋ３?Ｉｍｄ；?Ｍｌ?＾?ｈａ?ＭＵ?ＣＤ?Ｍｒｎ?ｍｍ?ｆａ??ｗｍｄｍ?薩醒鮑鷗蚴喟■＿ｍ｛Ｍ??图２世界各国太阳能的热利用现状??Ｆｉｇ．２?Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｓｉｔｕａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｏｌａｒ?ｅｎｅｒｇｙ?ａｒｏｕｎｄ?ｔｈｅ?ｗｏｒｌｄ??１．２太阳能集热器概述??１．２．１太阳能集热器??太阳能集热器是通过吸收太阳辐射能量加热集热器内部传热工质的装置，是??太阳能热利用的核心设备。目前，太阳能集热器广泛应用在工业加热、发电、海??水淡化及干燥等领域。太阳能集热器可以按以下方式分类。??太阳能集热器的传热工质分为液体和气体，太阳能液体集热器主要用于热水??器系统，比如家用热水器和鱼池保温；相对于液体集热器，太阳能空气集热器在??低温环境不易结冰，利于保存，在运行过程中传热工质的泄露不会对整个系统的??运行产生过大的影响，因此广泛用于对农副产品干燥领域。??太阳能集热器接收辐射的形式主要分为聚光和非聚光两种，聚光型太阳能集??热器能通过特殊的结构，在局部形成高温，一般用于对温度要求高的系统，如太??阳能发电系统和太阳能灶等。但是聚光型太阳能集热器在安装时需要配备自动追??踪太阳光的装
?内蒙古农业大学硕士论文?３??位的国家安装量柱状图，由图可见我国平板集热器安装量遥遥领先［１°］，我国对太??阳能集热器的需求量之大，其中以平板集热器为主。??雛蚁？??搴看《癱縳Ｂ?禳予響？技２１?ｍ??２Ｊ．〇ｕ??ｎ．ｏｃｃ??ｉＭＸＩＣ?＿?議??！？００＆?Ｈ?Ｈ?ｉ２．ｍ?１２．７３Ｔ??ｉｌｌｌｌｉｉｌｉｉｉ??Ｏ?篇?＿？?ｉＢＪＫ?巴?Ａ?靡?Ｋｔ?ＭＵ?Ｕ，氣?Ｍ?＿＿??图３世界各国平板集热器的安装量??Ｆｉｇ．３?Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｌａｔｅ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ?ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ??１．２．?２平板太阳能空气集热器??平板型太阳能空气集热器的结构简单、便于维护、承压性能好、寿命长、成??本低廉和投资回收期短，且干燥介质是空气，在存放时不会出现冬季结冰的现象，??适用于对农副产品的干燥。按平板集热器的内部结构，可将其概分为渗透型和非??渗透型两大类［１１］。??非渗透型集热器与渗透型集热器的根本区别在于气体能否透过吸热板加热。??非渗透型集热器的腔体内，空气只会沿着吸热板表面流动，部分气体无法透过吸??热板，对气体流速和温度都存在一定的影响，但这种集热器结构简单，成本低，??实用性强。??相对非渗透型集热器，渗透型集热器对吸热板结构进行了一定程度的优化，??能够让气体通过吸热板，增大了气体的换热面积与流动性。但由于其结构复杂，??在改变吸热板结构时，需要对集热器传热模型进行合理的分析后方可投入设计，??否则不但效率没有提高，反而增加了集热器的成本。??１．３国内外研究现状??太阳能平板空气集热器的传热工质为空气，存在导热系数较小，与集热器吸??热板间
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界能源发展趋势与中国能源未来发展方向[J]. 张所续,马伯永. 中国国土资源经济. 2019(10)
[2]平板太阳能集热器技术发展趋势[J]. 黄俊鹏,陈讲运,徐尤锦. 建设科技. 2017(04)
[3]导流板渗透式太阳能空气集热器热性能研究[J]. 王军锋,顾锋,支良泽,何剑扬. 太阳能学报. 2015(01)
[4]折流板型太阳能空气集热器数值优化[J]. 胡建军,孙喜山,徐进良. 燕山大学学报. 2011(05)
[5]平板型太阳能集热器的研究进展[J]. 彭运吉,王鲁振,王伟,程琳. 能源与节能. 2011(08)
[6]扰流板型太阳能平板空气集热器集热性能[J]. 夏佰林,赵东亮,代彦军,李勇. 上海交通大学学报. 2011(06)
[7]平板式太阳能空气集热器流道改进的试验研究和数值模拟[J]. 丁刚,左然,张旭鹏,王坤. 可再生能源. 2011(02)
[8]不同结构平板型太阳能空气集热板集热效率研究[J]. 肉孜·阿木提,高泽斌,李峰. 新疆农业大学学报. 2009(03)
[9]浅谈太阳能干燥技术及应用前景[J]. 钱珊珠,王春光,徐明娜. 农业机械. 2008(17)
[10]渗透型太阳能空气集热器集热效率研究[J]. 王崇杰,管振忠,薛一冰,王德林. 太阳能学报. 2008(01)
博士论文
[1]环境因素对平板型太阳能集热器热性能的影响研究[D]. 王敏.清华大学 2016
硕士论文
[1]太阳能平板空气集热器内部流动与传热特性分析及优化研究[D]. 卢喜梅.石家庄铁道大学 2017
[2]扰流板对太阳能集热器性能的影响分析及模拟研究[D]. 赵宇航.内蒙古农业大学 2016
[3]太阳能空气集热器结构及其热特性试验研究及仿真[D]. 扈艳艳.内蒙古农业大学 2014
本文编号：3001938
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