適用于農(nóng)村的太陽(yáng)能空氣集熱器的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、太陽(yáng)能是一種分布廣泛、取之不盡、用之不竭的綠色能源,具有許多常規(guī)能源無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),比如潔凈安全、時(shí)間長(zhǎng)久、成本低、無(wú)地域限制和能源質(zhì)量高等。根據(jù)太陽(yáng)能利用的轉(zhuǎn)換方式分主要有太陽(yáng)能熱利用、太陽(yáng)能光電利用、太陽(yáng)能光化學(xué)利用三個(gè)方面,太陽(yáng)能集熱器就是太陽(yáng)能熱利用的一種方式,它是一種吸收太陽(yáng)輻射并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱介質(zhì)的裝置,而太陽(yáng)能空氣集熱器就是其中利用空氣作為傳熱介質(zhì)的一種集熱裝置。
　　 本文首先根據(jù)農(nóng)村現(xiàn)有住宅的實(shí)際情況,

2、采用DeST軟件模擬了農(nóng)村住宅的能耗狀況,并進(jìn)行了節(jié)能改造的可行性分析。利用標(biāo)準(zhǔn)晴空大氣透明度計(jì)算模型,建立了地球表面上太陽(yáng)輻射的理論方程,通過(guò)Matlab進(jìn)行了分析計(jì)算,得出各地晴天時(shí)的太陽(yáng)輻射規(guī)律,以及冬季和全年平均獲得最大太陽(yáng)輻射量的集熱器最佳傾角。冬季集熱器的最佳傾角比當(dāng)?shù)鼐暥却?1～24°,全年集熱器的最佳傾角比當(dāng)?shù)鼐暥刃?～7°,冬季和全年集熱器的最佳傾角均隨當(dāng)?shù)鼐暥鹊臏p小而減小。
　　 基于對(duì)太陽(yáng)能空氣集熱器基本換

3、熱過(guò)程的理論分析,建立了集熱器換熱過(guò)程的模型,用Matlab編程采用簡(jiǎn)單迭代和Gauss-Seidel迭代的雙層應(yīng)用求解方程組,得到集熱器各部分溫度及出口空氣的溫度隨各參數(shù)的變化過(guò)程,分析各個(gè)因素對(duì)集熱器運(yùn)行效果的影響。結(jié)果顯示太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和空氣進(jìn)口流速的影響最大,出口空氣溫度均隨太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的增強(qiáng)而迅速增大,隨進(jìn)口流速的增大迅速降低,流速增大到一定程度后其降低的速率逐漸減小,本文情況下進(jìn)口空氣適宜流速在0.2～0.5m／s范圍內(nèi)。設(shè)置

4、隔板可以有效增強(qiáng)空氣在集熱器通道內(nèi)的對(duì)流換熱強(qiáng)度,出口空氣溫度比無(wú)隔板時(shí)提高3～5℃,集熱效果更佳。
　　 用正交分試驗(yàn)法對(duì)各個(gè)要研究的影響因素進(jìn)行組合得到16種試驗(yàn)方案,根據(jù)各試驗(yàn)方案的條件用Fluent進(jìn)行模擬計(jì)算,得出模擬數(shù)據(jù)及模擬效果圖,用正交實(shí)驗(yàn)表分析得到集熱器最優(yōu)設(shè)計(jì)方案為:高度為1600mm的條件下,集熱器寬度250mm,厚度80mm,開(kāi)孔直徑14mm,垂直時(shí)空氣最佳進(jìn)口流速為1.2m／s,傾斜時(shí)為0.8m／s。<

5、br>　　 根據(jù)以上研究搭建試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行全天實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)在室外平均氣溫為15℃時(shí),太陽(yáng)能空氣集熱器出口空氣平均溫度可達(dá)45℃,適合用于進(jìn)行冬季供熱。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還可看出,雙層玻璃具有良好的保溫效果,可以用來(lái)作為集熱器的蓋板,集熱器傾斜65°時(shí)所接受的太陽(yáng)輻射量和集熱效率均有提高,驗(yàn)證了前文關(guān)于最佳傾角的計(jì)算。
　　 對(duì)本實(shí)驗(yàn)中所設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能空氣集熱器實(shí)際應(yīng)用于農(nóng)村住宅的情況進(jìn)行了能耗模擬,結(jié)果顯示采用集熱器后可使全