太陽能吸熱體流道截面結(jié)構(gòu)對工質(zhì)流動及傳熱特性影響的研究

【摘要】：摘要：平板太陽能集熱器具有熱效率高、價格低廉、容易與建筑物結(jié)合等優(yōu)點而受到全球的矚目。在國外,平板太陽能集熱器在集熱器市場占有率高達90%以上。在我國,隨著太陽能建筑一體化進程的推進,對平板太陽能集熱器的需求也越來越大,太陽能吸熱體是其核心部件,吸熱體流道的截面形狀以及流道內(nèi)壁結(jié)構(gòu),將對流道內(nèi)工質(zhì)的流動和傳熱特性產(chǎn)生較大的影響。本文設(shè)計了材料截面面積和流量截面面積均相等的不同截面結(jié)構(gòu)的吸熱體流道,研究流道截面結(jié)構(gòu)對工質(zhì)流動及傳熱特性的影響,為集熱器吸熱體流道的設(shè)計、換熱性能的提高及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論參考。 本文通過簡化實際模型建立了吸熱體流道的物理模型,然后分兩類建立了吸熱體流道的幾何模型。在理論分析中,建立了模型涉及到的數(shù)學(xué)模型和理論公式。 對幾何模型網(wǎng)格劃分,設(shè)置初始條件和邊界條件后,進行數(shù)值模擬計算。在得出數(shù)值模擬的結(jié)果后,對內(nèi)壁光滑的單圓形、單矩形、多孔圓形、多孔矩形這四種結(jié)構(gòu)的流道進行了速度分析、溫度分析、導(dǎo)熱速率的分析和壓降分析；將內(nèi)壁有半圓形翅片、矩形翅片、三角形翅片的三種不同結(jié)構(gòu)的單矩形流道與內(nèi)壁光滑的單矩形流道的數(shù)值模擬結(jié)果對比,進行了速度分析、溫度分析、導(dǎo)熱速率的分析、壓降分析、阻力系數(shù)的分析、換熱系數(shù)的分析和努塞爾數(shù)的分析。 建立了吸熱體流道流動及傳熱的實驗平臺,主要從溫度、壓降和速度三方面對實驗結(jié)果進行了討論分析,并將實驗結(jié)果與模擬結(jié)果對比,驗證了數(shù)值模擬的結(jié)果。最終得出了流道截面結(jié)構(gòu)對吸熱體流道內(nèi)工質(zhì)流動及傳熱特性影響的一些規(guī)律：從傳熱特性來說,當材料截面面積和流量截面面積均相等時,內(nèi)壁光滑的四種流道中,多孔矩形流道的傳熱效果最好；而內(nèi)壁有翅片的流道整體比內(nèi)壁光滑的流道的傳熱效果好,且三角形內(nèi)翅的流道的傳熱效果最好；從流動特性來說,當材料截面面積和流量截面面積均相等時,內(nèi)壁光滑的流道整體比內(nèi)壁有翅片的流道的阻力損失小,且單圓形流道的阻力損失最小。圖78幅,表3個,參考文獻66篇 【關(guān)鍵詞】：太陽能吸熱體 流道截面結(jié)構(gòu) 流動特性 傳熱特性
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TK513.1;TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 課題研究的背景及意義9-12
• 1.1.1 課題研究的背景9-11
• 1.1.2 課題研究的意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 平板太陽能集熱器的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 流道結(jié)構(gòu)對工質(zhì)特性影響的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文的任務(wù)及結(jié)構(gòu)15-18
• 1.3.1 本文的任務(wù)15-16
• 1.3.2 本文的結(jié)構(gòu)16-18
• 2 物理模型的建立及理論分析18-32
• 2.1 吸熱體流道結(jié)構(gòu)物理模型的建立18-20
• 2.2 流道熱傳導(dǎo)的理論分析20-22
• 2.2.1 導(dǎo)熱基本定律20-21
• 2.2.2 流道導(dǎo)熱微分方程21-22
• 2.2.3 導(dǎo)熱微分方程定解條件22
• 2.3 流道熱對流的理論分析22-27
• 2.3.1 牛頓冷卻公式23
• 2.3.2 流道對流換熱微分方程組23-25
• 2.3.3 對流換熱微分方程組定解條件25
• 2.3.4 邊界層概念25-26
• 2.3.5 本文相關(guān)相似特征數(shù)26-27
• 2.4 流道內(nèi)工質(zhì)流動的阻力分析27-29
• 2.4.1 局部阻力計算27-28
• 2.4.2 沿程阻力計算28-29
• 2.4.3 總阻力計算29
• 2.5 流道內(nèi)工質(zhì)流動的速度分析29-30
• 2.6 流道內(nèi)工質(zhì)的傳熱特性30
• 2.7 本章小結(jié)30-32
• 3 流道內(nèi)工質(zhì)流動及傳熱特性的數(shù)值模擬32-50
• 3.1 數(shù)值模擬軟件的確立32
• 3.2 網(wǎng)格劃分32
• 3.3 初始化條件和邊界條件32-33
• 3.4 模擬結(jié)果與討論33-48
• 3.4.1 內(nèi)壁光滑的不同流道的模擬結(jié)果與討論33-41
• 3.4.2 內(nèi)壁有翅片的不同流道的模擬結(jié)果與討論41-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 4 流道內(nèi)工質(zhì)流動及傳熱特性的實驗研究50-63
• 4.1 吸熱體流道的實驗?zāi)康?/span>50
• 4.2 吸熱體流道的實驗方案50
• 4.3 吸熱體流道的實驗系統(tǒng)50-53
• 4.3.1 實驗系統(tǒng)的構(gòu)成和工作流程50-51
• 4.3.2 吸熱體的試驗件51-52
• 4.3.3 實驗系統(tǒng)的動力部分52
• 4.3.4 實驗系統(tǒng)的加熱部分52-53
• 4.3.5 實驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分53
• 4.4 實驗數(shù)據(jù)處理53-55
• 4.4.1 進出口壓降和阻力系數(shù)的計算公式54
• 4.4.2 對流換熱系數(shù)和努塞爾數(shù)的計算公式54-55
• 4.5 實驗結(jié)果與討論55-61
• 4.5.1 不同結(jié)構(gòu)流道實驗所得溫度值的分析55-57
• 4.5.2 不同結(jié)構(gòu)流道實驗所得壓降值的分析57-58
• 4.5.3 不同結(jié)構(gòu)流道實驗所得速度值的分析58-61
• 4.6 本章小結(jié)61-63
• 5 結(jié)論與展望63-65
• 5.1 全文總結(jié)63-64
• 5.2 工作展望64-65
• 參考文獻65-69
• 攻讀學(xué)位期間主要的研究成果目錄69-70
• 致謝70

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