射流式太阳能空气集热器性能的数值模拟研究

为了提高太阳能空气集热器的性能,建立了射流太阳能空气集热器的数学模型,并分析了空气射流对太阳能空气集热器性能的影响。结果表明:在太阳能空气集热器内设置折流板形成射流流动,不仅可以增加集热板近壁面处的流动速度,还能减小垂直于空气流动方向的速度梯度。射流流动优化了流道内的速度分布,从而有效提高了空气与集热板的对流传热系数。与普通太阳能空气集热器相比,射流太阳能空气集热器的集热效率明显更高。当入口速度从0.5 m/s增加到3.0 m/s时,两者集热效率的差距从5.01%增加到15.38%。然而,射流太阳能空气集热器的压力损失较大,因此其有效效率随空气流量的增加呈现先增加后减小的趋势。在入口速度为2.5 m/s时,有效效率达到了极值63.75%,比普通太阳能空气集热器提高了11.21%。综上所述,利用折流板形成射流能显著提高太阳能空气集热器的集热效率与有效效率。

用于农宅供暖的三角形太阳能空气集热器集热性能研究

用于农宅供暖的太阳能空气集热器均为平板型,通常安装于农宅南墙外侧,但农宅南墙除了门窗外,可用于安装集热器的面积有限,所以集热量也有限。为此,设计一种可安装在南、东、西墙的新型三角形太阳能集热器,以提高对太阳能资源的利用率。基于有限体积-能量法,建立了集热器的光学模型;联合光学模型,构建集热器的动态传热模型,并通过实验验证了模型的准确性;分析了集热器安装在农宅南、东、西墙的集热性能,并与传统贴墙安装平板太阳能空气集热器以及倾斜安装平板太阳能空气集热器进行了对比。结果发现,集热器安装在农宅东墙和西墙的集热量约为安装在南墙的60%和80%;三角形太阳能空气集热器安装在南墙的供暖季集热量比贴墙安装平板太阳能空气集热器高33.5%,比倾斜安装平板太阳能空气集热器高15.0%。

交叉V型吸热板-底板太阳能空气集热器热性能的数值模拟

应用太阳载荷模型,利用FLUENT软件对九个交叉V型吸热板-底板太阳能空气集热器进行了数值模拟,得到集热器的热效率、出口温度、热损和吸热板温度,并对其进行了对比分析,发现集热器的热效率随着空气流道高度的增大而减小,热损失、吸热板温度和出口温度随着空气流道高度的增大而增大,最大效率为34.60%,最高出口温度为355.13 K.

双重吸热太阳能空气集热器集热性能实验研究

为提升太阳能空气集热器的集热性能,在传统集热器的基础上填加吸热材料,创建双重吸热式空气集热器,并通过实验进行了对比分析.结果表明:双重吸热式集热器在进出口温差和集热效率方面比传统型集热器有所提升,同时填加的吸热材料设置于集热板下部时,具有较优的集热效果.

基于GO/PI/PTFE复合薄膜的热空气吹掠型太阳能界面蒸发效率实验研究

为了提高太阳能界面蒸发的蒸发效率,从改变结构设计和光热材料两个方面出发,设计了一种热空气吹掠型太阳能界面蒸发装置。该蒸发装置利用平板型太阳能空气集热器产生的高温空气吹过蒸发表面,加速界面蒸发;同时利用氧化石墨烯的性能优势,制备了氧化石墨烯/聚酰亚胺/聚四氟乙烯膜(GO/PI/PTFE)复合薄膜作为光热材料,以提高装置蒸发效率。最后通过实验对该蒸发装置的性能进行分析验证。研究结果表明:制备得到的GO/PI/PTFE复合薄膜具有更强的光吸收能力,且亲水性能更佳。在蒸发表面吹入速度为4 m/s、温度为65℃的热空气,太阳辐照度为1000 W/m^(2)的条件下,在1800 s时,采用GO/PI/PTFE复合薄膜但无热风吹掠的蒸发装置对应的蒸发速率为1.22 kg/(m^(2)·h),与纯水蒸发装置相比,蒸发速率提高了3.2倍,蒸发效率提高了59.5%;热空气吹掠型太阳能界面蒸发装置的蒸发效率为88.0%,高于纯水蒸发装置和无热空气吹掠的蒸发装置,与纯水蒸发装置相比,其蒸发速率提高了5.5倍,蒸发效率提高了68.0%。热空气吹掠可以提高蒸发量,进而提高蒸发装置的蒸发效率。研究结果可为后续提高热空气吹掠型太阳能界面蒸发装置蒸发效率的研究提供理论依据和实验基础。

寒冷地区户用大平板太阳能集热器-空气源热泵系统性能研究

针对太阳能难以单独稳定供暖和空气源热泵供暖成本高的问题,提出空气源热泵辅助太阳能稳定供暖构想,在甘肃省兰州市七里河区魏岭乡绿化村研发搭建大平板太阳能集热器-空气源热泵系统,对比研究晴天、多云和阴天3种典型工况下大平板太阳能集热器的集热效率、太阳能热泵和空气源热泵COP、太阳能保证率、系统总供热量和系统能效比等性能参数。结果表明:晴天、多云和阴天系统集热效率分别为44.9%、38.7%和20.6%,3种工况下太阳能热泵COP均为4.0,空气源热泵COP分别为3.5、3.3和3.1,太阳能保证率分别为38.1%、32.3%和12.9%,系统全天供热量分别为142.52、135.22和120.96 kWh,系统能效比分别为3.5、3.4和2.7。研究结果证明大平板太阳能集热器-空气源热泵系统用于寒冷地区单体建筑供暖的可行性,可为寒冷地区农村单体建筑的供暖提供一种新途径。

增设FEP薄膜对圆孔型太阳能空气集热器性能的影响研究

针对太阳能空气集热器热量损耗比较严重、热性能较差的缺点,提出一种在圆孔型太阳能空气集热器玻璃盖板处增设FEP薄膜的方法来减少集热器的热损失。利用Fluent软件建立数学模型,研究了运行参数和物性参数对太阳能空气集热器热性能的影响,并进行了敏感性分析。结果表明:当进口流量低于60 m^(3)/h时,增设FEP薄膜后,集热器对外传热损失减小,出口温度提高。随着室外环境温度和太阳辐照强度增大,增设FEP薄膜后,集热器出口温度越来越高。降低FEP薄膜发射率,对出口温度和集热效率的提高有很大的积极作用,敏感性分析结果表明,膜的发射率对集热效率的影响程度颇大,为进一步改善膜的性能提供了数据支持。

抛物面形凸起结构对太阳能空气集热器传热性能的影响

为改善太阳能空气集热器的综合性能,文章将吸热板表面按照V型方式离散地冲压下凹成抛物面形凸起结构,使用数值分析方法研究了不同雷诺数Re、抛物面形凸起结构的高径比(e/d)、气流攻击角(α)和相对节距(p/e)下,空气通道内的流动与传热特性,在综合传热系数最大时得到了凸起结构的最佳参数组合:e/d=1,α=60°,p/e=16。在所研究的雷诺数范围内,与光滑板结构相比,文章的最优结构将空气的进、出口温差平均提高了5.3℃,集热效率相应也平均提高了15%。采用集热效率和有效效率对此结构集热器性能的评价结果表明:文章所设计的抛物面形凸起结构集热器实现了热能利用效率与流体输运能效的有机统一。

基于平板热管的太阳能-空气能双源集热蒸发器性能实验研究

设计一种基于平板热管的太阳能-空气能双源集热蒸发器及由其组成的新型直膨式热泵系统,并对其进行实验研究与分析。实验测试平板热管在制冷剂低温取热条件下的均温性与导热性能,热泵运行工况下集热蒸发器表面温度分布、光电光热性能,以及在不同天气条件不同运行模式下热泵系统性能。结果表明,平板热管在低温取热条件下当量导热系数可达6.8×10^(5)W/(m·℃),集热蒸发器运行时纵向最大温差为3.9℃;在夏季晴朗天气条件下运行太阳能模式制热水时热泵平均COP为3.62;在低辐照阴天下运行太阳能-空气能双源模式与太阳能模式相比,单位面积集热功率提高18.8%,系统平均COP提高5.7%;在无辐照的夜晚,运行空气源模式系统COP为2.54。

基于Comsol和BBD的折流板太阳能空气集热器结构优化

太阳能空气集热器是太阳能干燥系统的重要部件,集热器结构设计对集热性能具有重要影响。设计一款基础折流板集热器,通过太阳能模拟器测试集热器在一定边界和材料参数条件下的出口温度。基于Solidworks和Comsol构建集热器三维实体模型,采用reliable-k-ε湍流模型数值研究集热器的集热性能。结果表明,出口温度试验值和模拟值相对误差小于0.70%,数值模拟有效,可靠性高。基于BBD(Box-Behnken Design)试验和响应面法,研究折流板不同倾斜角度组合对集热性能的影响,分析试验结果得到最佳参数组合:折流板1倾斜角度为-10°,折流板2倾斜角度为10°,折流板3倾斜角度为-10°,折流板4倾斜角度为10°,并以此优化集热器折流板布置,得到一款倾斜折流板集热器。与基础折流板集热器相比,倾斜折流板集热器出口温度升高1.63 K,集热效率提升4.01%,入口、出口压力损失降低44.80%。基于流体旁通效应,对折流板进行开孔,进一步优化吸热板的积热和流场分布,得到一款开孔型倾斜折流板集热器。与基础折流板集热器相比,开孔型倾斜折流板集热器出口温度升高2.03 K,集热效率提升4.99%,入口、出口压力损失降低43.13%。对开孔型倾斜折流板集热器入口风速条件进行单因素试验,得到较优的入口风速条件,即0.5~1.0 m/s,可以满足农产品太阳能干燥需求。

碳化硅多孔陶瓷太阳能空气集热器的数值模拟

文章提出了一种以碳化硅泡沫陶瓷作为吸热板的双层玻璃盖板太阳能空气集热器,并在直通结构的基础上,设计了一种折流通道结构。建立了集热器的三维物理数学模型,采用有限体积法对模型进行了求解,对太阳辐射强度、介质入口流速与入口温度对性能的影响进行了分析。结果表明,在太阳辐射强度为800 W/m^(2)的条件下,介质入口流速为1~6 m/s,直通式模型和折流式模型的最高集热效率分别为80.12%,78.49%,最高的出口温度分别为312.2,326.87 K。相同条件下,两种集热器的集热效率相比传统的板式集热器提升了20%~30%。研究结果为碳化硅泡沫陶瓷材料提供了一种新的工程应用方向,并为太阳能集热器的优化设计提供了理论基础。

适用于西藏的太阳能空气集热器的研发

太阳能建筑供暖技术的研发在太阳能资源丰富的西藏自治区(下文简称为“西藏”)等地区具有潜在的实际应用价值。研发设计了一种太阳能空气集热器,并制造了该太阳能空气集热器样机;然后在拉萨市自然太阳光条件下(测试当日的太阳辐照度在161.8~1588.0 W/m2之间,均值为1316.3 W/m2),太阳能空气集热器采用跟踪太阳模式时对其集热性能进行了测试。测试结果表明:该太阳能空气集热器的进风口空气温度(即环境温度)均值为22.45℃,经过太阳能空气集热器被太阳辐射加热后,可产出温度在51~85℃之间、风量为150 m3/h的热空气,出风口空气温度均值达到68℃,最高值接近拉萨市水的沸点(86℃),表明该设备的集热效率高。研发设计的太阳能空气集热器在集热性能上具备实际应用价值。

平板太阳能空气集热器研究进展及应用

化石能源的过度消耗引发了严重的环境问题,利用可再生能源刻不容缓,太阳能作为一种理想能源,可利用性极强。平板太阳能空气集热器是一种将分散性、不稳定性强的太阳辐射能转换成热能的装置。近年来,国内外学者通过实验和数值模拟等方式对平板太阳能空气集热器进行了广泛研究。将主要介绍平板太阳能空气集热器的主要构成部件及其工作原理;基于对集热器部分评价指标及影响因素的分析,探讨了平板太阳能空气集热器性能优化途径;阐述了平板太阳能空气集热器低温热利用情况。针对集热器结构及建筑一体化等对平板太阳能空气集热器的后续发展提出展望。

中低温平板太阳能空气集热器的应用现状

太阳能空气集热器结构简单、成本低廉、操作便捷,逐渐被广泛应用于需要提供中低温热源的工农业生产活动中。通过对相关文献进行总结,对中低温平板太阳能空气集热器的原理做了介绍,并对中低温平板太阳能空气集热器在建筑利用、农产品干燥、热气流发电等领域的应用原理与现状做了总结。分析了该领域现今仍存在的技术障碍,对相关先进技术及其发展方向进行了讨论和展望。

太阳能空气集热器流道高度优化

利用Fluent软件分析不同流道高度对太阳能空气集热器(SAH)性能的影响。结果显示:空气流量为0.009 0~0.055 6 kg/s时,流道高度从50 mm增加到150 mm,SAH的集热效率降低13.11%~2.98%,热损系数增加0.42%~2.63%,㶲效率降低23.05%~7.51%。研究表明,当SAH流道高度为50 mm时,集热效率与㶲效率最高。

太阳能空气集热器强化传热技术的发展现状

综述了太阳能空气集热器强化传热的研究现状。首先介绍了3种太阳能空气集热器的基本流道结构及其优缺点。之后基于3种基本的流道结构,介绍了4种太阳能空气集热器的主要强化传热类型(折流板型、扰流器型、波纹板型与多孔填充床型),并详细介绍了这4种强化传热类型的发展脉络。最后指出了太阳能空气集热器内强化传热研究的发展趋势。

热电自驱式太阳能空气集热器设计及其性能研究

为提高太阳能空气集热器效率和实现自供能运行,提出一种热电自驱式双流道太阳能空气集热器结构,并针对该集热器的传热及热电转化过程进行分析,建立了稳态条件下的数学模型。在验证模型可靠性的基础上,模拟研究了空气质量流量和双流道空气流量分配对集热器发电量、功耗和效率的影响。结果表明:集热器在空气流量0.05 kg·s^(-1)工况下,热效率和热电综合性能效率分别高达90.58%和91.34%;在所研究的工况下,下流道空气流量占总流量的70%以上时,可保证集热器具有较高的热效率及热电综合性能效率。

V形折流板太阳能空气集热器的数值模拟

为了提高太阳能空气集热器的太阳能利用效率,文章提出一种V形折流板太阳能空气集热器。利用CFD软件建立了3种太阳能空气集热器的数学模型,并对不同送风量下3种太阳能空气集热器内空气的流动与传热特性进行了数值模拟。研究结果表明:由于V形折流板既增加了空气的流动长度又增加了空气与集热板的接触面积,V形折流板能太阳能空气集热器的集热板上的温度分布更加均匀;V形折流板太阳能空气集热器的集热效率与效率均高于蛇形折流板和普通太阳能空气集热器;空气流量为9.0×10-3~4.5×10-2 kg/s的范围内,V形折流板太阳能空气集热器的集热效率比蛇形折流板和普通太阳能空气集热器高6.23%~8.31%与7.88%~22.10%。通过综合分析集热效率,得到了V形折流板太阳能空气集热器的最佳空气流量为0.0225 kg/s。

考虑灵活运行模式的太阳能集成液化空气储能系统性能研究

针对目前液化空气储能系统往返效率偏低的问题,提出了操作更加灵活的新型耦合太阳能热的液化空气储能系统。该系统放电过程配备了串联双级空气加热器,可在提高往返效率的同时允许系统在低太阳辐照情况下以传统方式运行。对新系统进行了主要参数敏感性分析和[火用]分析,结果表明:在允许范围内,液化温度越低,充电压力越低,放电压力越高,系统往返效率越高;系统最优往返效率可达72.4%,太阳辐射不足时系统仍能以53.6%的往返效率运行;系统[火用]效率为38.0%,其中太阳能集热场的[火用]损最大,占总[火用]损的52.4%,其次是节流阀与热电发电机;在换热器中,冷箱和蒸发器[火用]损较大。

基于太阳能驱动的空气制水灌溉设备设计

文章设计了一种利用太阳能驱动的空气制水农用灌溉设备,通过优化太阳能板、过滤系统和布局,将空气中水分高效凝结为灌溉水。经仿真计算,该设备冷凝器受到的最大应力为5.06 MPa,最大位移量为1.5 mm,均满足材料强度要求。此设计通过冷凝器将水分从空气中提炼出来,相较于传统的水泵系统,能耗更低,能量转化率更高。