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平板太阳空气集热器增湿工况热效能研究

作　者: 王兴华
导　师: 杨庆
学　校: 兰州交通大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 平板太阳能空气集热器增湿工况效率顶部损失系数 FORTRAN语言
分类号: TU832.17
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

平板太阳能空气集热器由于结构简单，易与建筑结合而有着广泛的应用。但平板太阳能空气集热器普遍存在集热效率低下的问题，本文考虑采用空气加湿的方法来提高平板太阳能空气集热器的效率和载能密度。论文介绍了我国的太阳能资源以及国内外太阳能空气集热器的发展和研究现状。建立了以空气温度和含湿量为变量的湿空气各热物性参数计算方程。在介绍蒸发冷却原理的基础上利用向前差分法来计算喷淋室内空气与水之间的热质交换过程；在对平板太阳能空气集热器热效能进行理论分析的基础上，提出了给定平板太阳能空气集热器模型的热效能计算方法。利用FORTRAN语言编程计算分析了集热器工作介质分别为干空气和相对湿度为50﹪的湿空气条件下太阳辐射强度、空气通道高度、入口空气流速、入口空气温度及环境温度对集热器热效能的影响规律，对比两类计算结果发现，相对湿度为50﹪的湿空气条件下平板太阳能空气集热器的效率要比干空气条件下高3.77﹪～7.59﹪，而且各因素对干、湿空气集热器热效能的影响规律一致，说明各因素对平板太阳能空气集热器热效能的影响规律与工作介质的种类无关。在平板太阳能空气集热器热效能和喷淋室理论计算的基础上，提出了平板太阳能空气集热器加热、喷淋室等焓降温加湿的平板太阳能空气集热器组增湿方案，给出了热效能的计算方法。利用FORTRAN语言编程分别计算了喷淋室出口空气相对湿度为50﹪和80﹪两种增湿工况下平板太阳能空气集热器组的热效能，计算结果表明：随着平板太阳能空气集热器组数的增加，每个集热器单元的喷淋室出口温度、出口处含湿量、顶部损失系数和焓均有所上升，有用能增益及集热器效率有所下降；对应的每个集热器单元的出口处含湿量、集热器效率、焓、有用能增益均是喷淋室出口相对湿度为80﹪的高于50﹪的，而喷淋室出口温度和顶部损失系数则相反；当平板空气集热器单元组数增加到10组以上时，出口空气温度、顶部损失系数和集热器效率的变化率减小，而出口含湿量、湿空气的焓和总的有用能收益基本呈线性增长规律。该平板太阳能空气集热器组在增湿工况下具有出口空气温度高、含湿量大、载能密度高等特点，能有效减少所需空气流量和蒸发换热面积，能够广泛应用于超疏水性表面蒸发器、太阳能热泵及海水淡化处理等。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-22
  1.1 课题背景  9-12
    1.1.1 能源形势及太阳能资源  9-11
    1.1.2 太阳能热利用  11-12
  1.2 太阳能集热器  12-14
    1.2.1 太阳能集热器的分类  12-13
    1.2.2 平板型太阳能集热器  13-14
  1.3 太阳能空气集热器  14-21
    1.3.1 太阳能空气集热器的优缺点  14-15
    1.3.2 太阳能空气集热器的分类  15-17
    1.3.3 太阳能空气集热器的研究现状  17-20
    1.3.4 太阳能空气集热器的发展趋势  20-21
  1.4 课题研究的内容、方法及创新点  21-22
2 湿空气热物性参数的计算  22-29
  2.1 湿空气的性质  22-24
    2.1.1 湿空气的成分及压力  22-23
    2.1.2 饱和空气与未饱和空气  23
    2.1.3 干球温度与湿球温度  23-24
    2.1.4 绝对湿度与相对温度  24
  2.2 湿空气热物性参数定义及计算  24-29
    2.2.1 分子量及气体常数  24-25
    2.2.2 含湿量（比湿度）  25
    2.2.3 密度  25-26
    2.2.4 湿空气的焓  26
    2.2.5 定压比热容  26
    2.2.6 动力粘度  26-27
    2.2.7 导热系数  27-29
3 理论基础  29-44
  3.1 蒸发冷却技术的理论基础  29-37
    3.1.1 蒸发冷却原理  29-30
    3.1.2 空气与水接触时的热质交换过程  30-32
    3.1.3 喷淋室的热质交换过程  32-37
  3.2 平板太阳能空气集热器理论基础  37-44
    3.2.1 平板太阳能空气集热器的基本结构  37-39
    3.2.2 平板太阳能空气集热器的工作原理  39
    3.2.3 平板太阳能空气集热器的热性能分析  39-44
4 平板太阳能空气集热器在增湿工况下的热效能计算分析  44-78
  4.1 平板太阳能空气集热器的模型及热效能计算方法  44-47
    4.1.1 平板太阳能空气集热器模型  44
    4.1.2 平板太阳能空气集热器热效能计算方法  44-47
  4.2 平板太阳能空气集热器在干、湿工况下的热效能对比研究  47-68
    4.2.1 干工况下各因素对集热器热效能的影响  47-56
    4.2.2 湿工况下各因素对集热器热效能的影响  56-66
    4.2.3 对比研究  66-68
  4.3 平板太阳能空气集热器在增湿工况下的热效能计算  68-78
    4.3.1 平板太阳能空气集热器组增湿方案设计  68-69
    4.3.2 平板太阳能空气集热器在增湿工况下的计算方法  69-70
    4.3.3 平板太阳能空气集热器在增湿工况下的热效能计算  70-78
5 增湿工况下平板太阳能空气集热器的应用展望  78-82
  5.1 应用展望  78-79
  5.2 应用  79-82
    5.2.1 超疏水性表面蒸发器  79-80
    5.2.2 太阳能热泵  80
    5.2.3 海水淡化处理  80-82
结论  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-87
附录 1 湿空气热物性参数计算程序  87-89
附录 2 平板太阳能空气集热器热效能计算程序  89-92
附录 3 太阳能空气集热器加热、喷淋室等焓降温加湿计算程序  92-97
攻读学位期间的研究成果  97

平板太阳空气集热器增湿工况热效能研究

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