平板型太阳能集热器关键参数变化对其集热效率影响的研究

发布时间：2020-06-09 04:23

【摘要】：随着经济、社会的发展和人民生活水平的提高,能源的需求和消耗也与日俱增;且传统化石能源的使用也带来了日益严重的环境污染问题。因此,新能源的开发和利用势在必行。其中,太阳能以其清洁、可再生和普遍等优点,在建筑节能领域得到了最广泛的研究与应用。而平板型太阳能集热器则是楼宇太阳能光热收集与利用系统中的重要集热装置之一。为了降低传统化石类能源在建筑能源供给体系中的比重,提高太阳能利用率,满足节能环保的要求,本文将单层玻璃盖板的平板型太阳能集热器作为研究对象,建立了其一维稳态传热模型;且数值模拟和分析了其关键参数变化对其集热效率的影响。同时对所建立的传热模型及其数值模拟计算程序进行了实验验证。主要研究内容如下:1.基于机理分析法,对平板型太阳能集热器的组成结构及其运行机理进行了阐述。2.对于研究对象-单层玻璃盖板的平板太阳能集热器,建立了其稳态的传热模型;而且,对该太阳能集热器的关键参数,包括环境参数(太阳辐照度、环境温度和环境风速)、结构参数(集热管间距、集热管内径和吸热板厚度)和运行参数(工质入口温度和工质质量流量)与其集热效率之间的影响关系,进行了传热机理的数学表述。3.基于MATLAB软件,编制了以盖板温度,集热板平均温度,集热管内工质的平均温度为判据,集热管间距、集热管内径、工质入口温度和工质质量流量等关键参数的变化作为输入参数,瞬时效率作为输出参数的迭代数值模拟程序。进行了环境参数、重要结构参数和运行参数的变化对集热效率影响的数值模拟与分析。4.阐述了平板型太阳能集热器瞬时效率实验测试系统所采用的理论及其方法。基于所设计的实验测试系统,得到了单层玻璃盖板的平板太阳能集热器瞬时效率随归一化温差值的增大而降低。并将实验测试与数值模拟分别获取的平板太阳能集热器效率曲线及效率方程进行了比较与分析。结果表明,所建立的平板太阳能集热器稳态传热模型在理论上是正确的,相应的关键参数变化对其瞬时效率影响的数值模拟程序是可行的。
【图文】：

示意图,光线轨迹,太阳光,介质

采用水作为集热工质。为了提升集热如混合型工质作为集热工质，包括丙-71]。其中，乙二醇能很好地与水互溶热工质的冰点，，可提高集热器的抗获取太阳辐射能的影响阳能集热器表面后，需穿过玻璃盖过程中，有少部分的太阳辐射会被玻射进入集热器内部，到达吸热板表的折射率及其消光系数等都会影响玻辐射从介质 1 进入介质 2 时，两介质

示意图,玻璃盖板,吸热板,光线轨迹

α 可取其相应的平行偏振分量和垂直偏振分量的平均值。太阳辐射在玻璃盖板和吸热板之间的光线轨迹及吸收和反射情况，如图2.5所示。pα为吸热板表面的吸收率。图 2.5 太阳辐射在玻璃盖板和吸热板之间的光线轨迹示意图玻璃盖板的透射率和吸热板表面吸收率的乘积( τα )为吸热板表面上吸收的各项太阳辐射的和[73]。c pc p p cp c0( ) [(1 ) ]1 (1 )nnτ ατα τ α α ρα ρ (2.6)太阳辐射在穿过玻璃盖板时有部分能量被玻璃盖板吸收，对整个平板集热器而言,吸收的这部分能量并没有损失掉。由于这部分被吸收的太阳辐射能会使玻璃盖板的温度升高，这样反而可减少吸热板向面盖传递的热量，减少了热损失，其最终的效果相当于提高了玻璃盖板对太阳辐射的透过率。因此，若将这部分能量考虑在内，则玻璃盖板的透射率和吸热板表面吸收率的乘积可将其称为有效积e( τα )，对于单层玻璃盖板，其值
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU18;TK513.1

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