集熱板上設(shè)有帶間隙的多重V形肋片的太陽能空氣集熱器通道的傳熱與流動特性數(shù)值研究.pdf

1、太陽能具有普遍、巨大、長久、無害等優(yōu)點(diǎn)，太陽能的應(yīng)用也得到了廣泛的重視。太陽能集熱器是把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能的裝置，廣泛應(yīng)用在空間加熱、農(nóng)作物的干燥、工業(yè)生產(chǎn)等方面。對于傳統(tǒng)的平板式太陽能空氣集熱器，空氣流過矩形通道的過程中，在壁面處形成很厚的粘性層流底層，導(dǎo)致吸熱板與空氣之間的換熱系數(shù)很低，熱損失大。為了提高集熱器的換熱效率，減少熱損失，需要對集熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善。大量研究表明，在吸熱板上設(shè)置人工粗糙元可以有效地改善集熱器的換熱情況。

2、r>　　本文采用的人工粗糙元為帶有間隙的多重V形肋片，采用CFD數(shù)值模擬軟件對帶有間隙的多重V形肋片的太陽能空氣集熱器的傳熱及流動特性進(jìn)行了研究。首先對三維物理模型進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)、湍流模型的選擇及有效性分析。然后計(jì)算了在不同的Re數(shù)下，間隙位置（d1/(w/2)，d1/(w/2))、相對肋寬比(W/w)、肋片厚度S、肋片節(jié)距P、肋片高度e、肋片傾角α對集熱器的平均Nu數(shù)、摩擦阻力因子和熱性能因子的影響。
　　計(jì)算結(jié)果表明，間

3、隙位置為d1/(w/2)=0.33，d2/(w/2)=0.33時，集熱器的壁面平均Nu數(shù)、摩擦阻力因子和熱性能因子均取得最大值。集熱器的熱性能因子隨著W/w的增大先增大后減小，當(dāng)W/w=6時，熱性能因子η最大，W/w=5時次之，W/w=1時最小。在Re=6000時，隨著肋厚S的增大，集熱器的熱性能因子逐漸減小，在Re=9000-18000時，隨著S的增大，集熱器的熱性能因子逐漸增大。肋片高度e=1mm、2mm和6mm時，熱性能因子隨著節(jié)

4、距的增大而減小，e=4mm時，熱性能因子隨著節(jié)距的增大先減小后增大。隨著肋高的增大，熱性能因子先增大后減小，當(dāng)e=2mm時，熱性能因子最大。隨著傾角α的增大，熱性能因子逐漸減小，α=30°的最大，α=45°的次之，α=75°的最小。在Re=9000-18000范圍內(nèi)，帶間隙的肋片的熱性能因子比連續(xù)形肋片的熱性能因子大。
　　對流動特性的分析得出，帶有間隙的V形肋片與連續(xù)的V形肋片相比，間隙的存在可以提高間隙背風(fēng)面處的Nu數(shù)。但從間

5、隙處流出的流體會破壞旋渦的流動，使旋渦提前消失，這一點(diǎn)不利于換熱。因此，應(yīng)綜合考慮間隙對集熱器換熱的影響。隨著節(jié)距的減小或肋高的增大，流體在整個通道中下降上升的次數(shù)增多，主流的冷流體和加熱面附近的熱流體換熱次數(shù)增多，冷熱流體摻混的更均勻，集熱器的強(qiáng)化換熱效果更顯著。傾角越大，旋渦旋轉(zhuǎn)直徑越大，在相鄰肋片區(qū)域流動的流體中受旋渦擾動的比例越大，流體掠過肋片進(jìn)入相鄰肋片區(qū)域后，流動方向改變的越大，但傾角越大，在相鄰肋片間流動的流體速度越小，湍