自驱动机械通风型太阳能空气集热器设计及其性能研究
发布时间：2021-04-13 18:16
太阳能空气集热器在应用上受城市电网的限制,为克服这一弊端,本文提出了一种新型自驱动机械通风型太阳能空气集热器,并进行相应的结构及电气设计。该系统在提供了可用于空间加热、农作物及木材干燥等领域的热空气的同时,又能解决本身的电能供应问题,从而实现了节能减排的目标。所提出的集热器系统结构上混合使用光伏板和吸热板,在最大程度上保持系统热性能的同时,实现系统的自驱动运行。实验中建立一组结构参数相同的自然通风型集热器作为目标系统的对比系统,基于所建试验台,在夏季光照充分的条件下进行了系统的测试研究,实验过程中采集相关数据,并通过热力学第一定律对系统进行了能量指标分析。结果表明:实验中实现了自驱动型集热器的自驱动运行,其具体工作过程可分为五个阶段,其中特别存在集热器出口温度、流量和热效率在两小时左右几乎保持不变的准恒温阶段。而自然通风型集热器的工作不稳定,效率较低,在工作过程中经常出现回流现象。自驱动型集热器的光热效率最高可达74.2%,平均热效率为49.2%,远远优于自然通风型集热器的11.5%。本文继续讨论了不同实验条件对集热器性能的影响,其中包括相同气象条件下集热器性能的稳定性,以及集热器倾角...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
冲击射流型集热器原理图
燕山大学工学硕士学位论文-6-明真空玻璃管太阳能集热器，如图1-6所示。集热器由微型热管阵列（MHPA），选择性吸收膜和透明真空玻璃管组成。通过使用导热胶将吸收膜直接粘贴在MHPA上，然后将其放入透明真空玻璃管中。MHPA的有效导热和透明真空玻璃管的良好绝热有助于集热器的高效率和低压损失。集热器的平均效率可达到82.7％，压力损失小于20Pa。Zhu[55]等进一步对真空管型集热器进行了实验分析，特别是集热器不同位置的温度分布。结果表明，由于减少了对环境的热损失，集热器的效率有所提高。每日热效率在50％至70％之间变化。基于MHPA的真空管太阳能集热器在大规模应用中显示出良好的潜力，例如在农舍，工业建筑，偏远哨所的房间供热以及农业领域。(a)(b)图1-6真空管型太阳能空气集热器1.2.3增加空气驻留时间另外一类有效的优化方法是增加空气在集热器腔内的驻留时间，其实质上是延长吸热板对空气的加热时间，提高集热器出口空气温度，进而提高集热器的热效率。其中将单通道集热器优化为双通道或多通道是一种常见的延长空气驻留时间的方法[56-59]，如图1-7所示。Alam和Kim[60]对不同形式的双通道型集热器进行了对比研究。结果表示，在相同流量条件下，双通道型集热器的效率比单通道型高约10-15％。此外，发现采用逆向循环操作配置的性能最好。Hassan和Saleh[61]针对不同集热器循环通道的空气流量（0％，33.3％，66.7％，100％）进行对比试验，如图(a）。结果表示，吸热板温度随循环空气流量百分比的增加而降低，并且由于减少了热损失，集热器的最大效率可达70％。Fudholi等[62]建立了肋片型双通道集热器的能量平衡方程和实验。理论和实验分析显示出类似的趋势，即增加通过集热器的质量流率，会导致更高的效率。实验数据表明在4
第1章绪论-7-下，带有肋片的双通道型集热器的热效率最高约为71-83％。JainandJain[63]介绍了一种基于双通道型集热器的多通道型集热器，如图(b）所示，即增加空气的循环通道来进一步延长空气的驻留时间。发现被干燥农作物的温度随着集热器长度以及倾斜角的增加而增加，直至达到最优值。(a)双通道型集热器(b)多通道型集热器图1-7双通道/多通道型太阳能空气集热器在集热器内设置折流板，强化气流的掺混，形成折流板型集热器不仅可以加强气流的掺混，同样提高了空气在集热器内部的驻留时间[64-66]，如图1-8所示。胡等[67]对折流板型太阳能空气集热器进行了数值优化，如图(a）所示。模拟结果表明：折流板的引入可有效提高集热效率，同时对于特定尺度的折流板集热器，存在最优分割腔数。Alam等[68]研究了V形开孔折流板型集热器，如图(b）所示，其相对挡板高度变化范围为0.4-1.0，相对板距变化范围为4-12，开孔率变化范围是5％-25％，固定折流板角度60°。实验结果表示，与普通单通道集热器相比较，V形开孔折流板型集热器的Nusselt数提高了6.76倍，而摩擦系数则高达28.84倍；与实心折流板型集热器相比较，V形开孔折流板型集热器的Nusselt数平均提高了33％，而摩擦系数降低了32％，热工性能则提高了大约50％。(a)非开孔折流板型集热器(b)V型开孔折流板型集热器图1-8折流板型太阳能空气集热器
【参考文献】：
期刊论文
[1]直通式真空管空气集热器热性能实验及干燥应用[J]. 王云峰,常伟,李明,李国良,罗熙. 太阳能学报. 2020(01)
[2]太阳能光电光热综合利用模块数值模拟[J]. 童维维,方浩,马进伟,方廷勇,王立超. 安徽建筑大学学报. 2019(06)
[3]平板型双流道太阳能空气集热器扰流板结构优化[J]. 张东,张建军,张跃智,李金平,王林军. 上海交通大学学报. 2019(11)
[4]蓄能型空气式太阳能集热器热效率研究[J]. 罗权权,李保国,朱传辉,苏树强. 热能动力工程. 2019(12)
[5]太阳能光热利用的应用与发展[J]. 任林昌. 科技经济导刊. 2019(32)
[6]空气式PCM太阳能热泵供暖系统实验研究与分析[J]. 李亚伦,李保国,苏树强,肖洪海. 热能动力工程. 2019(08)
[7]太阳能PV/T空气集热器干燥性能实验研究[J]. KEOVISAR Vanhkeo,王云峰,黄梦萧,杜桂菊. 云南师范大学学报(自然科学版). 2019(04)
[8]蛇形太阳能空气集热器流道布置的优化分析[J]. 贾斌广,李晓,刘芳,韩韬. 可再生能源. 2019(01)
[9]折形折流板式太阳能空气集热器的数值模拟[J]. 王亮,满意. 可再生能源. 2018(07)
[10]中高温热管式太阳能吸收式空调系统的设计与研究分析[J]. 李光元,于洪文,蒋鹏,张洪武. 节能技术. 2018(03)
本文编号：3135779
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
冲击射流型集热器原理图
燕山大学工学硕士学位论文-6-明真空玻璃管太阳能集热器，如图1-6所示。集热器由微型热管阵列（MHPA），选择性吸收膜和透明真空玻璃管组成。通过使用导热胶将吸收膜直接粘贴在MHPA上，然后将其放入透明真空玻璃管中。MHPA的有效导热和透明真空玻璃管的良好绝热有助于集热器的高效率和低压损失。集热器的平均效率可达到82.7％，压力损失小于20Pa。Zhu[55]等进一步对真空管型集热器进行了实验分析，特别是集热器不同位置的温度分布。结果表明，由于减少了对环境的热损失，集热器的效率有所提高。每日热效率在50％至70％之间变化。基于MHPA的真空管太阳能集热器在大规模应用中显示出良好的潜力，例如在农舍，工业建筑，偏远哨所的房间供热以及农业领域。(a)(b)图1-6真空管型太阳能空气集热器1.2.3增加空气驻留时间另外一类有效的优化方法是增加空气在集热器腔内的驻留时间，其实质上是延长吸热板对空气的加热时间，提高集热器出口空气温度，进而提高集热器的热效率。其中将单通道集热器优化为双通道或多通道是一种常见的延长空气驻留时间的方法[56-59]，如图1-7所示。Alam和Kim[60]对不同形式的双通道型集热器进行了对比研究。结果表示，在相同流量条件下，双通道型集热器的效率比单通道型高约10-15％。此外，发现采用逆向循环操作配置的性能最好。Hassan和Saleh[61]针对不同集热器循环通道的空气流量（0％，33.3％，66.7％，100％）进行对比试验，如图(a）。结果表示，吸热板温度随循环空气流量百分比的增加而降低，并且由于减少了热损失，集热器的最大效率可达70％。Fudholi等[62]建立了肋片型双通道集热器的能量平衡方程和实验。理论和实验分析显示出类似的趋势，即增加通过集热器的质量流率，会导致更高的效率。实验数据表明在4
第1章绪论-7-下，带有肋片的双通道型集热器的热效率最高约为71-83％。JainandJain[63]介绍了一种基于双通道型集热器的多通道型集热器，如图(b）所示，即增加空气的循环通道来进一步延长空气的驻留时间。发现被干燥农作物的温度随着集热器长度以及倾斜角的增加而增加，直至达到最优值。(a)双通道型集热器(b)多通道型集热器图1-7双通道/多通道型太阳能空气集热器在集热器内设置折流板，强化气流的掺混，形成折流板型集热器不仅可以加强气流的掺混，同样提高了空气在集热器内部的驻留时间[64-66]，如图1-8所示。胡等[67]对折流板型太阳能空气集热器进行了数值优化，如图(a）所示。模拟结果表明：折流板的引入可有效提高集热效率，同时对于特定尺度的折流板集热器，存在最优分割腔数。Alam等[68]研究了V形开孔折流板型集热器，如图(b）所示，其相对挡板高度变化范围为0.4-1.0，相对板距变化范围为4-12，开孔率变化范围是5％-25％，固定折流板角度60°。实验结果表示，与普通单通道集热器相比较，V形开孔折流板型集热器的Nusselt数提高了6.76倍，而摩擦系数则高达28.84倍；与实心折流板型集热器相比较，V形开孔折流板型集热器的Nusselt数平均提高了33％，而摩擦系数降低了32％，热工性能则提高了大约50％。(a)非开孔折流板型集热器(b)V型开孔折流板型集热器图1-8折流板型太阳能空气集热器
【参考文献】：
期刊论文
[1]直通式真空管空气集热器热性能实验及干燥应用[J]. 王云峰,常伟,李明,李国良,罗熙. 太阳能学报. 2020(01)
[2]太阳能光电光热综合利用模块数值模拟[J]. 童维维,方浩,马进伟,方廷勇,王立超. 安徽建筑大学学报. 2019(06)
[3]平板型双流道太阳能空气集热器扰流板结构优化[J]. 张东,张建军,张跃智,李金平,王林军. 上海交通大学学报. 2019(11)
[4]蓄能型空气式太阳能集热器热效率研究[J]. 罗权权,李保国,朱传辉,苏树强. 热能动力工程. 2019(12)
[5]太阳能光热利用的应用与发展[J]. 任林昌. 科技经济导刊. 2019(32)
[6]空气式PCM太阳能热泵供暖系统实验研究与分析[J]. 李亚伦,李保国,苏树强,肖洪海. 热能动力工程. 2019(08)
[7]太阳能PV/T空气集热器干燥性能实验研究[J]. KEOVISAR Vanhkeo,王云峰,黄梦萧,杜桂菊. 云南师范大学学报(自然科学版). 2019(04)
[8]蛇形太阳能空气集热器流道布置的优化分析[J]. 贾斌广,李晓,刘芳,韩韬. 可再生能源. 2019(01)
[9]折形折流板式太阳能空气集热器的数值模拟[J]. 王亮,满意. 可再生能源. 2018(07)
[10]中高温热管式太阳能吸收式空调系统的设计与研究分析[J]. 李光元,于洪文,蒋鹏,张洪武. 节能技术. 2018(03)
本文编号：3135779
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