太阳能吸热体流道截面结构对工质流动及传热特性影响的研究

发布时间：2021-02-07 02:08

　　摘要：平板太阳能集热器具有热效率高、价格低廉、容易与建筑物结合等优点而受到全球的瞩目。在国外,平板太阳能集热器在集热器市场占有率高达90%以上。在我国,随着太阳能建筑一体化进程的推进,对平板太阳能集热器的需求也越来越大,太阳能吸热体是其核心部件,吸热体流道的截面形状以及流道内壁结构,将对流道内工质的流动和传热特性产生较大的影响。本文设计了材料截面面积和流量截面面积均相等的不同截面结构的吸热体流道,研究流道截面结构对工质流动及传热特性的影响,为集热器吸热体流道的设计、换热性能的提高及结构优化提供理论参考。本文通过简化实际模型建立了吸热体流道的物理模型,然后分两类建立了吸热体流道的几何模型。在理论分析中,建立了模型涉及到的数学模型和理论公式。对几何模型网格划分,设置初始条件和边界条件后,进行数值模拟计算。在得出数值模拟的结果后,对内壁光滑的单圆形、单矩形、多孔圆形、多孔矩形这四种结构的流道进行了速度分析、温度分析、导热速率的分析和压降分析；将内壁有半圆形翅片、矩形翅片、三角形翅片的三种不同结构的单矩形流道与内壁光滑的单矩形流道的数值模拟结果对比,进行了速度分析、温度分析、导热速率的分析、压... 

【文章来源】：中南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
        1.1.1 课题研究的背景
        1.1.2 课题研究的意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 平板太阳能集热器的研究现状
        1.2.2 流道结构对工质特性影响的研究现状
    1.3 本文的任务及结构
        1.3.1 本文的任务
        1.3.2 本文的结构
2 物理模型的建立及理论分析
    2.1 吸热体流道结构物理模型的建立
    2.2 流道热传导的理论分析
        2.2.1 导热基本定律
        2.2.2 流道导热微分方程
        2.2.3 导热微分方程定解条件
    2.3 流道热对流的理论分析
        2.3.1 牛顿冷却公式
        2.3.2 流道对流换热微分方程组
        2.3.3 对流换热微分方程组定解条件
        2.3.4 边界层概念
        2.3.5 本文相关相似特征数
    2.4 流道内工质流动的阻力分析
        2.4.1 局部阻力计算
        2.4.2 沿程阻力计算
        2.4.3 总阻力计算
    2.5 流道内工质流动的速度分析
    2.6 流道内工质的传热特性
    2.7 本章小结
3 流道内工质流动及传热特性的数值模拟
    3.1 数值模拟软件的确立
    3.2 网格划分
    3.3 初始化条件和边界条件
    3.4 模拟结果与讨论
        3.4.1 内壁光滑的不同流道的模拟结果与讨论
        3.4.2 内壁有翅片的不同流道的模拟结果与讨论
    3.5 本章小结
4 流道内工质流动及传热特性的实验研究
    4.1 吸热体流道的实验目的
    4.2 吸热体流道的实验方案
    4.3 吸热体流道的实验系统
        4.3.1 实验系统的构成和工作流程
        4.3.2 吸热体的试验件
        4.3.3 实验系统的动力部分
        4.3.4 实验系统的加热部分
        4.3.5 实验系统的数据采集部分
    4.4 实验数据处理
        4.4.1 进出口压降和阻力系数的计算公式
        4.4.2 对流换热系数和努塞尔数的计算公式
    4.5 实验结果与讨论
        4.5.1 不同结构流道实验所得温度值的分析
        4.5.2 不同结构流道实验所得压降值的分析
        4.5.3 不同结构流道实验所得速度值的分析
    4.6 本章小结
5 结论与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
参考文献
攻读学位期间主要的研究成果目录
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]平行流蒸发器耦合传热的数值模拟[J]. 江乐新,吕丹丹.  低温与超导. 2012(03)
[2]矩形微通道内流体流动特性的数值研究[J]. 江乐新,王从权.  热科学与技术. 2012(01)
[3]高层住宅阳台式平板集热器性能测试研究[J]. 李永华,焦青太.  淮海工学院学报(自然科学版). 2011(03)
[4]太阳能建筑构件的开发与实践[J]. 倪建华.  太阳能. 2011(13)
[5]双流道泵固液两相流的数值计算与分析[J]. 徐海良,屈科辉.  广西大学学报(自然科学版). 2010(02)
[6]基于高温工质R245fa的太阳能平板集热器集热过程动态模拟[J]. 白景辉,马良栋,张吉礼.  可再生能源. 2009(04)
[7]平板集热器和真空管集热器各自特点分析[J]. 庄长宇,刘桂永,姜立军,郭延隆.  家电科技. 2009(15)
[8]百叶形和方形蜂窝结构抑制平板集热器热损失数值模拟[J]. 崔永亮,丁昀,杨庆,张济世.  节能技术. 2008(05)
[9]热管技术应用于太阳能平板集热器的研究[J]. 万福春,蒋绿林,左睿.  能源工程. 2008(02)
[10]板翅式换热器流道中流体流动与传热的数值模拟研究[J]. 董其伍,王丹,刘敏珊,宫本希.  冶金能源. 2008(02)

博士论文
[1]高效微小通道热沉散热系统设计及其实验研究[D]. 刘用鹿.华中科技大学 2010
[2]细通道单相流动和传热特性的研究[D]. 云和明.山东大学 2007

硕士论文
[1]微散热器流体通道结构参数对工质流动及传热特性影响的研究[D]. 王从权.中南大学 2012
[2]微通道内流体的流动与换热的理论研究和数值分析[D]. 董晋标.西安电子科技大学 2007
[3]微通道内流体流动和换热特性的实验研究[D]. 侯亚丽.河北工业大学 2007
[4]微通道结构对流动影响的数值模拟与实验研究[D]. 邢丽燕.西安建筑科技大学 2006



本文编号：3021464