平板太陽能集熱器的傳熱分析及設(shè)計優(yōu)化

【摘要】：平板太陽能集熱器由于結(jié)構(gòu)簡單、具有很強(qiáng)的耐用性，并且易與建筑結(jié)合而在諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)一步改善平板集熱器的熱效率，提升其與常規(guī)能源的競爭力，國內(nèi)外的學(xué)者進(jìn)行了大量的理論和實驗研究。 本文首先分析了平板集熱器中的能量傳遞過程及傳熱系數(shù)的計算方法，建立了平板太陽能集熱器的理論計算模型。在此基礎(chǔ)上，利用Visual Basic 6.0軟件編制了平板集熱器的計算程序，該程序緊密結(jié)合集熱器的實際運行工況，耦合其結(jié)構(gòu)參數(shù)、入口參數(shù)、光學(xué)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，可模擬計算集熱器的翅片效率、效率因子、熱遷移因子和熱效率等性能指標(biāo)。本文結(jié)合效率因子和單位面積質(zhì)量繪制了吸熱板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化圖。利用該圖可以快速對不同規(guī)格集熱器的熱性能進(jìn)行分析比較，還可以對吸熱板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。本文還通過實驗對平板集熱器進(jìn)行了研究，分別用瞬時法和量熱法測試了平板集熱器的瞬時效率，將瞬時法和根據(jù)數(shù)學(xué)模型理論計算得出的效率方程進(jìn)行了對比，驗證了平板集熱器理論模型和程序的可靠性。 本文利用數(shù)學(xué)模型分析了不同的輸入?yún)?shù)對平板集熱器熱性能的影響。結(jié)果表明： （1）當(dāng)小于100W/(m×K)時，吸熱板導(dǎo)熱系數(shù)對集熱器的熱性能有強(qiáng)烈的非線性影響；而大于此值時，影響逐漸減弱。使用鋁吸熱板代替鋼吸熱板后，集熱器熱效率增加了33.5%；使用銅吸熱板代替鋁吸熱板后，集熱器熱性能僅增加了2.7%。 （2）針對實驗中所用的平板集熱器進(jìn)行了優(yōu)化分析，在效率因子相同的情況下，通過變化吸熱板的寬度和厚度，銅的消耗量可以減少47.8%。 【關(guān)鍵詞】：平板集熱器 傳熱分析 設(shè)計優(yōu)化 理論分析 實驗研究
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TK513
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-15
• 1.1 課題背景8-10
• 1.1.1 平板太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)8-9
• 1.1.2 平板太陽能集熱器的應(yīng)用現(xiàn)狀9-10
• 1.2 國內(nèi)外平板太陽能集熱器的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 該課題的研究意義及主要研究內(nèi)容13-15
• 1.3.1 該課題的研究意義13
• 1.3.2 該課題的研究內(nèi)容13-15
• 第二章 平板太陽能集熱器的傳熱過程與熱性能分析15-38
• 2.1 平板集熱器的能量守恒方程15-17
• 2.2 蓋板吸熱板系統(tǒng)的有效透過率吸收率乘積17-19
• 2.3 平板集熱器的總熱損失系數(shù)19-20
• 2.4 平板集熱器傳熱過程分析20-30
• 2.4.1 平板集熱器傳熱模型的建立22-24
• 2.4.2 平板集熱器傳熱過程計算24-30
• 2.5 平板集熱器的熱性能30-37
• 2.5.1 集熱器效率因子30-33
• 2.5.2 集熱器熱遷移因子33-34
• 2.5.3 平板集熱器有用能34-35
• 2.5.4 傳熱工質(zhì)流體與吸熱板溫度的確定35
• 2.5.5 平板集熱器的效率方程35-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第三章 平板太陽能集熱器的設(shè)計優(yōu)化38-56
• 3.1 理論計算模型介紹38-40
• 3.2 不同輸入?yún)?shù)對集熱器熱性能的影響40-54
• 3.2.1 吸熱板導(dǎo)熱系數(shù)對集熱器熱性能的影響40-43
• 3.2.2 吸熱板厚度對集熱器熱性能的影響43-45
• 3.2.3 吸熱板寬度對集熱器熱性能的影響45-46
• 3.2.4 進(jìn)口流量對集熱器熱性能的影響46-48
• 3.2.5 進(jìn)口溫度對集熱器熱性能的影響48-49
• 3.2.6 吸熱板發(fā)射率對集熱器熱性能的影響49-50
• 3.2.7 吸熱板吸收率對集熱器熱性能的影響50-51
• 3.2.8 太陽輻射強(qiáng)度對集熱器熱性能的影響51-53
• 3.2.9 環(huán)境溫度對集熱器熱性能的影響53-54
• 3.3 平板集熱器設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化54-55
• 3.4 本章小結(jié)55-56
• 第四章 平板太陽能集熱器效率的實驗研究56-68
• 4.1 實驗?zāi)康暮椭饕獌?nèi)容56
• 4.2 實驗方法描述56-57
• 4.2.1 瞬時法56-57
• 4.2.2 量熱法57
• 4.3 實驗臺的設(shè)計及布置57-62
• 4.3.1 實驗系統(tǒng)的工作原理57-58
• 4.3.2 實驗儀器介紹58-59
• 4.3.3 實驗裝置介紹59-60
• 4.3.4 實驗儀器的安裝60-62
• 4.4 瞬時法實驗條件與步驟62-63
• 4.4.1 實驗條件62
• 4.4.2 實驗步驟62-63
• 4.5 實驗數(shù)據(jù)的分析63-67
• 4.5.1 瞬時法測瞬時效率63-64
• 4.5.2 量熱法測瞬時效率64-67
• 4.5.3 集熱器日平均效率67
• 4.6 本章小結(jié)67-68
• 第五章 結(jié)論和展望68-70
• 5.1 結(jié)論68-69
• 5.2 存在問題和研究展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明73-74
• 致謝74-75
• 附錄 平板太陽能集熱器效率計算程序75-82

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