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平板太阳能集热器内部温度场和流场分布特性的研究

作　者: 高留花
导　师: 赵军
学　校: 天津大学
专　业: 热能工程
关键词: 平板太阳能集热器温度场流线 FLUENT 模拟
分类号: TK513.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 3次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 论文选题背景  8-13
    1.1.1 能源危机  8-9
    1.1.2 CO_2减排压力  9-11
    1.1.3 利用太阳能的节能减排潜力巨大  11-12
    1.1.4 太阳能热利用趋势：与建筑一体化  12
    1.1.5 我国太阳能集热器利用存在的问题  12-13
  1.2 平板太阳能集热器的发展历程  13-15
  1.3 本课题的研究内容和研究意义  15-17
    1.3.1 本课题的研究内容  15-16
    1.3.2 本课题的研究意义  16-17
第二章不同参数对平板太阳能集热器性能的影响  17-26
  2.1 平板太阳能集热器的工作原理  17-19
    2.1.1 平板太阳能集热器的基本构成  17-18
    2.1.2 平板太阳能集热器的能量传递过程  18
    2.1.3 平板太阳能集热器的基本方程  18-19
  2.2 不同参数对平板太阳能集热器性能的影响  19-25
    2.2.1 吸热板参数的影响  19-21
    2.2.2 选择性涂层的影响  21-22
    2.2.3 空气夹层的影响  22-23
    2.2.4 盖板参数的影响  23-24
    2.2.5 外界条件的影响  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章平板太阳能集热器的性能试验  26-32
  3.1 实验原理  26
  3.2 实验装置  26-28
  3.3 实验方法  28-29
  3.4 实验结果分析  29-31
  3.5 本章小结  31-32
第四章平板太阳能集热器数值计算模型的建立  32-43
  4.1 FLUENT 软件概述  33-37
    4.1.1 FLUENT 软件基础  33-34
    4.1.2 FLUENT 对薄壁的处理  34-35
    4.1.3 自然对流的 Boussinesq 模型  35
    4.1.4 辐射模型的使用  35-37
  4.2 数值计算模型的建立  37-39
  4.3 求解的设置  39-42
    4.3.1 计算模型的选择  39-41
    4.3.2 边界条件的设定  41-42
  4.4 本章小结  42-43
第五章数值模拟结果及分析  43-54
  5.1 不同吸热板材料下集热器内部温度场和流场的分布特性  43-45
  5.2 不同吸热板厚度下集热器内部温度场和流场的分布特性  45-47
  5.3 不同空气夹层厚度下集热器内部温度场和流场的分布特性  47-50
  5.4 不同进口温度下集热器内部温度场和流场的分布特性  50-52
  5.5 不同流体质量流量下集热器内部温度场和流场的分布特性  52-54
第六章结论与展望  54-56
  6.1 结论  54-55
  6.2 进一步研究的展望  55-56
参考文献  56-62
发表论文和参加科研情况说明  62-63
致谢  63

平板太阳能集热器内部温度场和流场分布特性的研究

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