平板太阳能集热器内部温度场和流场分布特性的研究

发布时间：2020-10-20 16:37

　　太阳能的开发利用技术是当前发展最快的可再生能源技术，太阳能热水在所有太阳能热利用方式中应用最为广泛，作为太阳能热水器核心的集热器的世界主流是平板太阳能集热器。现有对平板太阳能集热器的研究很多都是基于流道中流动均匀分布的，其中的模拟研究或采用了过多的假设与简化条件或是只单独取出吸热板和盖板间的空气夹层进行研究。为此，本文总结了不同参数对集热器性能的影响的研究现状；开展了两种平板太阳能集热器性能的测试实验；在合理假设的条件下，建立了包含整个工作流体管路的平板太阳能集热器的数值计算模型；采用FLUENT软件研究了吸热板材料、厚度，空气夹层厚度以及集热器进口工作流体温度和流体质量流量对集热器的吸热板及空气夹层中温度分布和空气夹层中流动分布的影响。模拟研究表明：（1）以钢作吸热板会导致吸热板和空气夹层中心平面上的温度严重分布不均。用铜制吸热板代替铝板，集热器的效率仅能提高2.47%；吸热板厚度增加到0.45mm后，继续增加板厚对集热器的温度分布和流场分布的影响可忽略不计；（2）不同的空气夹层厚度对集热器内流场和温度场分布的作用方式不同。在集热器的设计中一定要特别注意，以免选择的空气夹层厚度处于集热器效率下降区间内。空气夹层厚度从20mm增加到30mm时，集热器效率下降；从40mm增加到60mm时，集热器效率却上升；（3）集热器吸热板、空气夹层中心平面上的温度均随流体进口温度的升高而迅速升高，空气夹层中心平面上的流线分布随进口温度的升高趋于均匀；流体质量从0.06kg/s增加到0.08kg/s时，对空气夹层中心平面的温度分布几乎不再产生影响。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2012
【中图分类】：TK513.1
【部分图文】：

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源消耗量仍将继续增长。BP 公司对世界能源消费趋势的预测（见图 1-2）显示030 年全球能耗将比 2010 年增加 39%，其中非经合组织国家的能耗增量将占到增长量的 96%左右，我国和印度一起将占到全球能耗总量的 34%[2]。世界的能消费结构一直是以化石能源为主的，2011 年煤、石油、天然气三种化石燃料消费量占到了世界总能耗量的 87%。然而地球上化石能源的储量非常有限，从 1-1 可见，按照目前的能耗水平，120 年之内世界的主要化石能源即会告罄，我国的化石能源仅能维持不足 35 年。

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