新型热管平板太阳能集热器及其数值研究

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热管集热器

曾社铨 【摘要】：目前，可再生能源受到了越来越多的关注和研究应用。太阳能作为可再生能源之一，具有比其它可再生能源更为巨大的优势，已经形成了广阔的持续的学术研究热点前景和广阔的市场应用前景。本文介绍了太阳能热利用的重要性、太阳能集热器的种类以及它们特点。重点综述了热管平板太阳能集热器的优势以及研究进展。在此基础上，本文设计了一款新型的热管集热片作为平板太阳能集热器的集热元件，对这种新型热管平板太阳能集热器进行了数值模拟研究。具体说来，主要包括以下四个方面工作： 1.设计了一款新型的热管集热片。根据热管平板太阳能集热器的特点和要求设计一款新型结构的热管集热片，集热片上表面为波纹型，下表面为平板型，中间开有热管结构。宽度为95mm，长度1000mm，高度为5mm。并且通过理论计算验算设计了热管集热片壁厚以及各种传热极限，使之符合热管平板太阳能集热器的要求。 2.对本文设计的新型热管平板太阳能集热器进行了三维的数值模拟。利用Fluent软件分析了集热器放置倾斜角、循环水进口质量流量以及空气夹层间距三个因素对集热器效率的影响。在广州地区，4到9月份太阳能集热器的最佳倾斜角为10°，其余月份最佳倾斜角30°到35°。最佳进口水质量流量为0.15Kg/s，最佳空气夹层间距为20mm。 3.通过分析了热管集热片平板太阳能集热器的能量平衡，从而得到了在太阳能集热器结构上改进的两种途径。改进换热器和空气夹层，提高太阳能集热器的集热性能。在原本设计的换热器基础上，将换热器改成内螺纹结构的换热器。最佳质量流量为0.1Kg/s，随着螺距的增大，集热效率不断下降。内螺纹高度的增加，集热效率不断上升。相对于光滑管换热器的太阳能集热器，具有内螺纹管换热器的热管平板太阳能集热器的最大瞬时效率提高了3.37%，总热损系数降低了23.26%。 4.对于空气夹层的改进，本文研究真空状态下的夹层对太阳能集热器的影响。研究表明循环水最佳进口质量流量为0.1Kg/s。真空夹层间距对太阳能集热器的集热效率影响不大。相对于空气夹层太阳能集热器，真空夹层太阳能集热器的最大瞬时效率提高了2.70%，总热损系数降低了64.96%。 【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513.1

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