具有玻璃管蜂窩蓋板的太陽能空氣集熱器的研究

【摘要】： 太陽能是最重要的可再生能源,它具有分布廣泛、利用方便等優(yōu)點(diǎn)。太陽能熱利用的關(guān)鍵是太陽能集熱器,如何減少其熱損失是該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。透明蜂窩材料既能透過太陽輻射又具有優(yōu)良的隔熱性能,在太陽能集熱器中有廣闊的應(yīng)用前景。本課題研究一種具有薄壁玻璃管透明蜂窩蓋板的太陽能空氣集熱器,主要包含以下內(nèi)容: 1.設(shè)計(jì)制作了以薄壁玻璃管為蜂窩單元的透明蜂窩蓋板,應(yīng)用于平板型太陽能空氣集熱器,并對其進(jìn)行了試驗(yàn)和模擬分析。對五種具有不同尺寸的透明蜂窩蓋板的太陽能集熱器進(jìn)行試驗(yàn)研究。重點(diǎn)研究在小高寬比(L/D＜3)下,蜂窩的孔徑、高寬比等因素對陽光透過率和集熱效率的影響。結(jié)果顯示:在試驗(yàn)條件下,當(dāng)蜂窩直徑相同,高寬比不同時(shí),集熱器出口溫度相差較大,高寬比小的溫度高,最大溫差約為10℃;當(dāng)蜂窩直徑不同,高寬比相同時(shí),集熱器出口溫度相差不大。有蜂窩與無蜂窩,最大溫差約為12℃。 2.透過率是影響透明蜂窩性能的重要指標(biāo)之一。針對現(xiàn)有計(jì)算關(guān)系式較為復(fù)雜的問題,作者通過對玻璃管蜂窩單元的分析,推導(dǎo)出關(guān)于蜂窩結(jié)構(gòu)透過率的簡單計(jì)算式。該計(jì)算式僅于蜂窩的高寬比L/D以及材料的光學(xué)性質(zhì)有關(guān),而與蜂窩的具體尺寸無關(guān)。 3.利用FLUENT軟件,對不同直徑、不同高寬比的多種蜂窩進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究蜂窩高寬比、直徑、放置角度等因素對蜂窩內(nèi)流場及溫場的影響。結(jié)果表明:試驗(yàn)所采用的幾種玻璃管蜂窩,因幾何尺寸較大,內(nèi)部的自然對流都沒有被抑制住。只有當(dāng)蜂窩垂直放置、且直徑較小≤10mm時(shí)才能抑制住自然對流。傾斜放置的蜂窩,內(nèi)部均有自然對流。蜂窩內(nèi)流場強(qiáng)度隨蜂窩直徑的增大而增強(qiáng)。對相同直徑的蜂窩,內(nèi)部對流強(qiáng)度隨其高寬比的增大而減弱。模擬結(jié)果對實(shí)際應(yīng)用時(shí),選用透明蜂窩結(jié)構(gòu)有一定的指導(dǎo)意義。 4.對平板式太陽能空氣集熱器的有效得熱及各部分散熱做了詳細(xì)分析與理論計(jì)算,并在此基礎(chǔ)上計(jì)算出試驗(yàn)用集熱器的熱效率,得出了與試驗(yàn)測試結(jié)果基本一致的結(jié)論。 5.最后,作者對V型槽聚光器的聚光特性進(jìn)行了詳細(xì)分析,并推導(dǎo)出不同情況下聚光度與幾何聚焦比、光線入射角的計(jì)算關(guān)系式。通過計(jì)算表明,V型槽聚光器的最大聚光倍數(shù)為3。并給出適合應(yīng)用的V型槽的仰角及幾何聚焦比的取值范圍,用于指導(dǎo)其在聚光型太陽能集熱器以及聚光型太陽能光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】：太陽能空氣集熱器 熱效率 透明蜂窩 透過率 高寬比 聚光器
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TK513
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 概述12-13
• 1.2 太陽能的熱利用13-16
• 1.2.1 太陽能簡介13-14
• 1.2.2 我國的太陽能資源14-15
• 1.2.3 太陽能利用的特點(diǎn)15-16
• 1.2.4 太陽能熱利用的領(lǐng)域16
• 1.3 太陽能集熱器16-20
• 1.3.1 集熱器原理及分類16-17
• 1.3.2 太陽能空氣集熱器及其特點(diǎn)17-19
• 1.3.3 空氣集熱器中的透明蜂窩蓋板19-20
• 1.4 透明隔熱材料與透明蜂窩的研究現(xiàn)狀20-24
• 1.5 論文的主要研究目標(biāo)24-25
• 第二章 平板型太陽能空氣集熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-34
• 2.1 集熱器結(jié)構(gòu)及工作原理25-26
• 2.2 透明蓋板26-30
• 2.2.1 普通透明蓋板26-27
• 2.2.2 透明蜂窩蓋板27-30
• 2.3 吸熱板30-32
• 2.3.1 吸熱板的材料30
• 2.3.2 選擇性吸收涂層30-31
• 2.3.3 吸熱板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31-32
• 2.4 保溫材料32
• 2.5 外殼32-33
• 2.6 小結(jié)33-34
• 第三章 試驗(yàn)測試裝置34-40
• 3.1 太陽輻射測量34-37
• 3.1.1 太陽輻射34
• 3.1.2 直接輻射的測量34-35
• 3.1.3 總輻射的測量35-36
• 3.1.4 輻射記錄儀36-37
• 3.2 溫度測量37-39
• 3.2.1 測溫儀器37-38
• 3.2.2 測溫點(diǎn)布置38-39
• 3.3 透過率測試39
• 3.4 小結(jié)39-40
• 第四章 玻璃管蜂窩蓋板太陽能集熱器的試驗(yàn)研究40-48
• 4.1 試驗(yàn)裝置與測試40-42
• 4.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析42-46
• 4.2.1 集熱器出口空氣溫度分析42-44
• 4.2.2 蜂窩蓋板外表面溫度分析44-46
• 4.3 熱效率計(jì)算46-47
• 4.4 小結(jié)47-48
• 第五章 玻璃管蜂窩蓋板透過率的計(jì)算48-56
• 5.1 二維簡化算法48-51
• 5.1.1 光路分析與計(jì)算式推導(dǎo)48-50
• 5.1.2 光線入射角的計(jì)算50
• 5.1.3 試驗(yàn)用蜂窩蓋板透過率計(jì)算與分析50-51
• 5.2 三維積分算法51-53
• 5.2.1 光路分析51-52
• 5.2.2 計(jì)算式推導(dǎo)52-53
• 5.3 兩種算法比較53-54
• 5.4 透過率試驗(yàn)測定54-55
• 5.5 小結(jié)55-56
• 第六章 透明蜂窩結(jié)構(gòu)與空氣集熱器的數(shù)值模擬56-74
• 6.1 Fluent軟件簡介56-57
• 6.2 蜂窩模型的建立57
• 6.3 針對試驗(yàn)尺寸蜂窩的模擬57-60
• 6.4 針對擴(kuò)展尺寸蜂窩的模擬60-69
• 6.4.1 蜂窩直徑相同、高度不同60-66
• 6.4.2 蜂窩高度相同、直徑不同66-69
• 6.5 集熱器內(nèi)部流場的數(shù)值模擬69-72
• 6.5.1 單進(jìn)口、單出口集熱器69-71
• 6.5.2 單進(jìn)口、雙出口集熱器71-72
• 6.6 小結(jié)72-74
• 第七章 太陽能空氣集熱器的熱分析和計(jì)算74-84
• 7.1 集熱器有效吸收的太陽輻射74-75
• 7.1.1 傾斜面上的太陽輻射74-75
• 7.1.2 吸熱板吸收的太陽輻射75
• 7.2 集熱器總熱損失系數(shù)的計(jì)算75-81
• 7.2.1 頂部熱損失系數(shù)76-79
• 7.2.2 底部熱損失系數(shù)79-80
• 7.2.3 側(cè)面熱損失系數(shù)80
• 7.2.4 總散熱系數(shù)計(jì)算80-81
• 7.3 集熱器的熱效率分析81-82
• 7.4 試驗(yàn)用空氣集熱器的熱效率計(jì)算82-83
• 7.5 小結(jié)83-84
• 第八章 V型槽聚光集熱器的理論和試驗(yàn)研究84-92
• 8.1 研究背景84-85
• 8.2 V型槽聚光器光學(xué)特性分析85-89
• 8.2.1 參數(shù)說明85-86
• 8.2.2 研究方法86
• 8.2.3 能量聚焦比E與幾何聚焦比C和入射角的關(guān)系86-88
• 8.2.4 V型槽的最大能量聚焦比與V型槽的有效利用率88-89
• 8.3 V型槽聚光器的性能測試89-90
• 8.3.1 V型槽聚光器的制備與測試89
• 8.3.2 結(jié)果與分析89-90
• 8.4 V型槽在集熱器上的應(yīng)用90-91
• 8.5 V型槽在光伏電池系統(tǒng)的應(yīng)用91
• 8.6 小結(jié)91-92
• 全文總結(jié)及展望92-94
• 參考文獻(xiàn)94-99
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文99-100
• 致謝100

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