梯形涡发生器强化太阳能集热墙换热的优化研究

发布时间：2020-05-05 02:45

【摘要】：目前涡发生器大多运用于机械制造领域,在建筑领域的研究和运用较少。以石河子大学实验农场1连的太阳房作为研究对象,基于涡发生器强化换热的理论,对梯形涡发生器的各要素进行优化,通过改变太阳房集热墙腔体内空气流动形式,优选一种对太阳房集热墙强化换热效率较高的梯形涡发生器。首先建立太阳能集热墙系统和梯形涡发生器的物理模型和数学模型,然后利用数值计算的方法对附加不同类型的梯形涡发生器的太阳能集热墙系统进行数值模拟。分析不同的梯形涡发生器尺寸参数和布置方式对太阳能集热墙强化换热效率的影响,其中包括梯形涡发生器的翼首高度、翼间距和列间距。选择太阳房其中一间作为试验测试的具体对象,确定最优的梯形涡发生器。模拟研究:当翼首高度为变量因素时,分别选定1cm、3cm、5cm作为翼首高度进行模拟;当翼间距为变量因素时,分别选定0cm、1cm、1.5cm来布置梯形涡发生器的翼间距进行模拟;当列间距为变量因素时,分别选定5cm、10cm、15cm作为列间距来布置梯形涡发生器进行模拟。试验研究:选择太阳房中一间的集热墙作为试验测试的对象。测试主要分为三种工况:1)翼首高度分别为1cm、3cm和5cm的梯形涡发生器,测试并得出换热系数;2)翼间距为0cm、1cm和1.5cm的梯形涡发生器,测试并得出换热系数;3)列间距为5cm、10cm和15cm的梯形涡发生器,测试并得出换热系数。模拟研究表明,当翼首高度为3cm附近时,梯形涡发生器的强化换热效果最好,换热效率达到了7.8 W/(m~2·K),1cm和5cm次之,换热效率分别为7.5 W/(m~2·K)和7.3 W/(m~2·K);当翼间距为1cm时梯形涡发生器对空气的扰流最剧烈,所产生的涡旋数量最多强度也最大,综合换热效果要远远大于翼间距为0cm和1.5cm的梯形涡发生器,换热系数达到8.3 W/(m~2·K),而翼间距为0cm和1.5cm时换热系数却只有7.6 W/(m~2·K)和7.9 W/(m~2·K):当列间距为10cm时换热效果最优也最为明显,换热系数为8.5 W/(m~2·K),列间距按5cm和15cm布置的梯形涡发生器换热效率较低,换热系数分别为7.7 W/(m~2·K)和7.6 W/(m~2·K)。试验研究表明,翼首高度为3cm时梯形涡发生器换热效果最优,换热系数最高达到了8.6 W/(m~2·K);翼间距为1cm时换热系数最大,换热系数最大为8.7 W/(m~2·K);列间距为5cm时换热效率最高,换热系数最高为8.8 W/(m~2·K)。本实验模型中当翼首高度为3cm、翼间距按1cm、列间距按5cm布置时,梯形涡发生器的换热效果最优。实验研究实现了对梯形涡发生器的尺寸和布置方式的优化,大幅度提高了传统集热墙的换热效率。1)翼首高度和翼间距的优化结果基本一致;2)列间距的优化结果不同,造成的原因:模拟过程中气候条件和实际测试的气候条件有一定差距,考虑到实验过程中不确定因素过多,最终以模拟结果为准,最佳的梯形涡发生器的优化模型为:翼首高度为3cm,翼间距为1cm,列间距为10cm的梯形涡发生器。
【图文】：

集热墙,腔体,建筑领域,太阳能集热

路线以发现：国内外对太阳能集热墙空气腔体的换热效率研究不足；建筑领域的研究和运用较少。发生器来改变腔体内空气的流动也提高了太阳能在建筑领域的利图 1-1 被动式太阳能房集热墙Fig. 1-1 thermal wall of passive solar hou

数值模拟模型

软件中的设置子地区太阳能集热墙为原型，进行建模并模拟太阳能的过程，研究换热规律。数的设置热墙的墙体结构为 370mm 厚的砖墙+100mm 厚的苯板度为 150mm，墙体上下共有个 4 个通风口，通风口的直心距为 1.5m。太阳能集热板的太阳辐射吸收系数为 0.mm 的平板玻璃，太阳辐射透过系数为 0.85，，吸收系数。射参数的设置石河子地区的经纬度设置经度和纬度，地理位置设置为区为东八区，日期为 3 月 3 日 14 时，并且选择 Fair W行模拟。并且可以通过太阳能计算器（Solar Calculato。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK513;TU18

【参考文献】