利用条缝射流强化无盖板型太阳能集热器性能

为提升无盖板型太阳能空气集热器热性能,设计一种条缝射流型太阳能空气集热器,并利用数值模拟和实验验证对其热性能进行分析。集热器内部流动及换热特性的模拟结果表明,利用圆孔和挡片形成的条缝射流能对集热板形成有效覆盖,进而提高进气与集热板的对流换热。射流条缝存在最优结构参数,当圆孔直径为25 mm时,条缝宽度在3 mm处接近最优;集热效率则随挡片直径的增大而增大,是由于射流贴附效应在变强。实验结果表明,条缝射流型集热器的全天热效率稳定且高效。当处理气量为39 m^(3)/h时,该集热器全天热效率稳定在约48%,优于传统的无盖板渗透型太阳能集热器。

无盖板渗透型集热器热性能的对比试验

利用太阳能空气加热系统实验台,对黑、深绿和深蓝3种颜色无盖板渗透型集热器的热性能进行了户外瞬态对比试验。试验结果表明:太阳辐射照度和风量是影响系统热性能的重要因素。在高档和低档两种风量下,黑色集热器的瞬时平均热效率分别为76.04%和67.50%,高于普通平板太阳能空气集热器;集热器表面颜色对其热性能有一定影响,在高档和低档两种风量下,深绿色和深蓝色集热器的瞬时平均热效率比黑色集热器低15%～22%,空气温升低3～4℃,但仍然优于普通平板空气集热器。从保持建筑立面美观考虑,无盖板渗透型集热器的集热板可以采用颜色较深的彩色,不会对系统热性能造成较大影响。

利用反向射流提升无盖板型太阳能集热器性能

为了进一步提高无盖板型太阳能空气集热器的集热效率,该研究提出了一种利用U型管制造反向射流强化集热板换热的无盖板型太阳能空气集热器。通过试验研究了该型集热器内部的温度分布特性,以及2020年12月10日和2021年6月20日的集热性能。试验结果表明:反向冲击射流的冷却作用可以有效降低集热板表面温度,形成覆盖大部分集热板面积的低温区域,且温度分布较为均匀;作为产生反向射流的U型管,还可以充当肋片结构对进入集热腔内的空气进行预热,夏季晴朗工况下U型管的进出口温差可达3.5℃;该型集热器在6月20日的平均集热效率可达到80%,而12月10日的热效率仅为45%,冬夏集热效率的差别较大。该研究为无盖板型太阳能集热器性能优化提供了新思路。

无盖板太阳能腔体吸收器热损失特性的数值模拟

采用腔体吸收器可有效地降低太阳能集热系统的成本。本文采用数值模拟的方法研究无盖板腔体吸收器的热损失特性,计算结果表明,模拟值与实验值吻合良好,验证了模型的准确性。不同温度下,热损失随着开口方向的变化趋势有差别。