蜂窩平板式太陽(yáng)能空氣集熱器及太陽(yáng)墻的研究

【摘要】： 能源是人類社會(huì)存在與發(fā)展的基礎(chǔ)。太陽(yáng)能作為最重要的可再生能源之一，其開發(fā)利用有著廣闊的市場(chǎng)前景。本論文綜述了國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能熱利用的發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)各種太陽(yáng)能集熱裝置，特別是空氣集熱器和國(guó)外的太陽(yáng)墻的研發(fā)，進(jìn)行了簡(jiǎn)要的討論。在此基礎(chǔ)上，作者設(shè)計(jì)了用于冬季建筑采暖的蜂窩平板型太陽(yáng)能空氣集熱器，并對(duì)利用這種空氣集熱器進(jìn)行建筑采暖開展了理論和試驗(yàn)研究。論文主要包括四方面的工作： 1、對(duì)帶透明蜂窩的空氣集熱器的進(jìn)行了試驗(yàn)研究。對(duì)不同蜂窩結(jié)構(gòu)的集熱器進(jìn)行了空曬和并聯(lián)抽氣對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)有蜂窩結(jié)構(gòu)和無(wú)蜂窩結(jié)構(gòu)的集熱器進(jìn)行了空曬和抽氣對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)蜂窩結(jié)構(gòu)為50×50×25mm的集熱器出現(xiàn)高溫的概率最大。并在一定的簡(jiǎn)化條件下，計(jì)算了并聯(lián)抽氣系統(tǒng)的瞬時(shí)集熱效率。通過(guò)試驗(yàn)，對(duì)集熱器各個(gè)組成部分進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和選擇。 2、透明蜂窩的透過(guò)率是衡量其性能的主要參數(shù)之一。本文利用Hollands等提出用蜂窩單元表征整個(gè)透明蜂窩結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化方法，應(yīng)用幾何光學(xué)原理構(gòu)造了一個(gè)計(jì)算透明蜂窩透過(guò)率的二維模型，在一定的簡(jiǎn)化條件下，計(jì)算整個(gè)透明蜂窩的透過(guò)率簡(jiǎn)化為計(jì)算由上下透明蓋板和不透明壁構(gòu)成的一個(gè)矩形腔體內(nèi)的透過(guò)率，推導(dǎo)出了計(jì)算透明蜂窩透過(guò)率的理論計(jì)算公式。 3、利用FLUENT軟件，對(duì)不同高寬比的蜂窩進(jìn)行了計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬研究，分析透過(guò)蜂窩頂部的熱損失情況。考慮輻射熱傳導(dǎo)時(shí)，截面為25×25蜂窩，在高寬比A≤12時(shí)，自然對(duì)流均沒(méi)有被完全抑制；截面為10×10的蜂窩，在高寬比A≥4時(shí)，通過(guò)蜂窩頂部的熱量小于100W／m~2，可以認(rèn)為起到較好的隔熱效果。 4、對(duì)太陽(yáng)墻式空氣集熱器進(jìn)行了試驗(yàn)和理論研究。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單個(gè)的太陽(yáng)墻式空氣集熱器利用自然對(duì)流驅(qū)動(dòng)時(shí)，效率低于50％；加風(fēng)機(jī)工作模式時(shí)，效率在60％左右。兩個(gè)集熱器利用風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)太陽(yáng)房供暖時(shí)，室內(nèi)平均溫度達(dá)到15.7℃；三個(gè)集熱器相連利用風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)太陽(yáng)房供暖時(shí)，室內(nèi)平均溫度達(dá)到18.5℃。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，一定的簡(jiǎn)化條件下，對(duì)用于實(shí)際供暖的集熱器進(jìn)行了數(shù)值模擬。發(fā)現(xiàn)集熱器內(nèi)部的空氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)很不均勻，這對(duì)改進(jìn)實(shí)際集熱器的結(jié)構(gòu)有一定的幫助。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能空氣集熱器 透明蜂窩 供暖系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TK513
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 太陽(yáng)能空氣集熱器與太陽(yáng)能建筑概述9-26
• 1.1 太陽(yáng)輻射及太陽(yáng)能特點(diǎn)9-11
• 1.1.1 太陽(yáng)輻射9-10
• 1.1.2 太陽(yáng)能的主要特點(diǎn)10-11
• 1.2 太陽(yáng)能熱利用與太陽(yáng)能集熱器11-13
• 1.2.1 太陽(yáng)能熱利用11
• 1.2.2 太陽(yáng)能集熱器11-13
• 1.3 太陽(yáng)能空氣集熱器及其研究情況13-19
• 1.3.1 太陽(yáng)能空氣集熱器13-15
• 1.3.2 太陽(yáng)能空氣集熱器的研究情況15-19
• 1.4 太陽(yáng)能建筑19-25
• 1.4.1 太陽(yáng)房分類21-22
• 1.4.2 太陽(yáng)能建筑的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀22-24
• 1.4.3 我國(guó)太陽(yáng)能建筑存在的問(wèn)題及解決的方法24-25
• 1.5 本論文研究的目標(biāo)25-26
• 第二章 透明蜂窩原理與帶蜂窩空氣集熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26-38
• 2.1 透明絕熱技術(shù)26-27
• 2.2 蜂窩27-29
• 2.2.1 蜂窩結(jié)構(gòu)27-28
• 2.2.2 蜂窩性能28
• 2.2.3 蜂窩的應(yīng)用范圍28-29
• 2.3 透明蜂窩材料與蜂窩空氣集熱器的研究情況29-33
• 2.3.1 透明蜂窩材料的研究概括29-30
• 2.3.2 透明蜂窩空氣集熱的研究簡(jiǎn)介30-33
• 2.4 蜂窩平板型空氣集熱器的結(jié)構(gòu)及工作原理33-34
• 2.5 集熱器各個(gè)部分設(shè)計(jì)34-37
• 2.5.1 集熱器透明蓋板的設(shè)計(jì)34-37
• 2.5.2 吸熱板的設(shè)計(jì)37
• 2.5.3 框架的設(shè)計(jì)37
• 2.6 小結(jié)37-38
• 第三章 帶透明蜂窩太陽(yáng)能空氣集熱器的試驗(yàn)研究38-55
• 3.1 試驗(yàn)背景38
• 3.2 蜂窩結(jié)構(gòu)與無(wú)蜂窩結(jié)構(gòu)的對(duì)比試驗(yàn)38-51
• 3.2.1 雙層蓋板與矩形蜂窩不緊密結(jié)合38-44
• 3.2.2 雙層蓋板與矩形蜂窩緊密結(jié)合44-51
• 3.3 抽氣系統(tǒng)集熱器瞬時(shí)熱效率計(jì)算51-52
• 3.4 結(jié)論52-55
• 第四章 蜂窩透過(guò)率的理論推導(dǎo)55-61
• 4.1 透明蜂窩透過(guò)率研究簡(jiǎn)介55
• 4.2 透明蜂窩透過(guò)率的二維模型55-57
• 4.3 公式推導(dǎo)57-58
• 4.4 結(jié)果及驗(yàn)證58-59
• 4.5 小結(jié)59-61
• 第五章 透明蜂窩熱性能的數(shù)值模擬61-71
• 5.1 透明蜂窩建模的基本假設(shè)61-62
• 5.2 控制方程62-63
• 5.3 FLUENT軟件簡(jiǎn)介63-65
• 5.4 蜂窩熱性能的數(shù)值模擬65-69
• 5.4.1 考慮蜂窩內(nèi)部輻射傳熱65-68
• 5.4.2 未慮蜂窩內(nèi)部輻射傳熱68-69
• 5.5 結(jié)論69-71
• 第六章 太陽(yáng)墻的研究及數(shù)值模擬71-83
• 6.1 太陽(yáng)墻式空氣集熱器的結(jié)構(gòu)71
• 6.2 單個(gè)太陽(yáng)墻式空氣集熱器的試驗(yàn)71-74
• 6.2.1 自然對(duì)流研究72-73
• 6.2.2 強(qiáng)迫對(duì)流研究73-74
• 6.3 供暖系統(tǒng)的研究74-79
• 6.3.1 太陽(yáng)房構(gòu)造及建筑耗熱量74-75
• 6.3.2 兩個(gè)集熱器供暖試驗(yàn)75-77
• 6.3.3 三個(gè)集熱器供暖試驗(yàn)77-79
• 6.4 太陽(yáng)墻式空氣集熱器數(shù)值模擬79-82
• 6.4.1 單個(gè)集熱器的模擬80-81
• 6.4.2 三個(gè)集熱器相連的模擬81-82
• 6.5 結(jié)論82-83
• 第七章 全文總結(jié)及展望83-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 致謝89-90
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文90

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