【摘要】：太阳能平板集热器是太阳能热水系统的关键部件,直接关系到整个太阳能热水系统的稳定性、可靠性及热性能。因其产水量高、无出现爆管、可承压、耐高温、无结垢、集热效率高、利于循环系统使用、易于建筑结合、且使用期间维护费用低等优点,越来越受到人们的青睐。本文采用数值模拟与实验相结合的方法对平板集热器不同几何尺寸参数下(板间距、吸热板厚度、排管间距、排管直径)平板集热器内部流动状态、温度分布及热性能进行了分析。具体而言:首先,从理论方面详细的阐述了太阳能平板集热器的传热传质机理,对平板集热器热性能的影响因素包括热损系数、效率因子、热转移因子和流动因子进行了理论的推导和分析,得出太阳能平板集热器热效率的几种常见的评价方法。其次,在数值模拟方面,按照仿真求得的平板集热器效率截距值作为评价集热器热性能指标。主要分析了集热器板间距、吸热板厚度、排管间距及排管直径等四种因素的参数设置对集热器效率的影响。结果表明:当集热器板间距从10mm增大到40mm时,集热器吸热板与玻璃盖板之间的对流换热系数逐渐减小,而板间距大于30mm时,集热器吸热板与玻璃盖板之间的对流换热系数变化不大,理论上板间距为30mm时较为合理;当集热器排管间距位于80~160mm区间,排管直径位于7.5~15mm区间,吸热板厚度位于0.4~1mm区间,平板集热器效率随着集热器排管间距的减小、排管直径的增大和吸热板厚度的增加而升高;对于改善平板集热器几何尺寸,增加相同的等价板厚的情况下,增大排管直径对平板集热器效率的提升不如增加吸热板厚度和减小排管间距对平板集热器效率的提升较为有效;当平板集热器的等价板厚位于1.6~1.73mm区间且排管间距位于96~120mm区间,增加吸热板厚度与减少排管间距对集热器热性能的改善具有相同的影响效果;当平板集热器等价板厚小于1.6mm或大于1.73mm时,减小排管间距比增大吸热板厚度对集热器热性能的提高具有更加明显的效果;因而,对于平板集热器几何尺寸优化的过程中,应当优先考虑减小排管间距,其次考虑在一定范围内增大吸热板厚度,最后为增大排管直径。最后,进行实验验证,试验测得平板集热器效率截距值为0.73,吸热板温度分布显示,沿集管流动方向上,吸热板温度减小,温度差距为4~9℃,沿排管流动方向上吸热板温度差距为13~18℃。通过对比分析不同几何尺寸下平板集热器的运行特性,得出拟合尺寸的最优组合,对集热器结构优化具有工程设计参考的意义。
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK513.1
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