集热板上设有带间隙的多重V形肋片的太阳能空气集热器通道的传热与流动特性数值研究

【摘要】：太阳能具有普遍、巨大、长久、无害等优点,太阳能的应用也得到了广泛的重视。太阳能集热器是把太阳能转换成热能的装置,广泛应用在空间加热、农作物的干燥、工业生产等方面。对于传统的平板式太阳能空气集热器,空气流过矩形通道的过程中,在壁面处形成很厚的粘性层流底层,导致吸热板与空气之间的换热系数很低,热损失大。为了提高集热器的换热效率,减少热损失,需要对集热器的结构进行改善。大量研究表明,在吸热板上设置人工粗糙元可以有效地改善集热器的换热情况。本文采用的人工粗糙元为带有间隙的多重V形肋片,采用CFD数值模拟软件对带有间隙的多重V形肋片的太阳能空气集热器的传热及流动特性进行了研究。首先对三维物理模型进行了网格无关性检验、湍流模型的选择及有效性分析。然后计算了在不同的廊数下,间隙位置(d1/(w/2),d1/(w/2))、相对肋宽比(W/w)、肋片厚度S、肋片节距P、肋片高度e、肋片倾角α对集热器的平均Nu数、摩擦阻力因子和热性能因子的影响。计算结果表明,间隙位置为dl/(w/2)=0.33,d2/(w/2)=0.33时,集热器的壁面平均Nu数、摩擦阻力因子和热性能因子均取得最大值。集热器的热性能因子随着W/w的增大先增大后减小,当W/w=6时,热性能因子,7最大,W/w=5时次之,W/w=1时最小。在Re=6000时,随着肋厚S的增大,集热器的热性能因子逐渐减小,在Re=9000-18000时,随着S的增大,集热器的热性能因子逐渐增大。肋片高度e=1mm、2m m和6mm时,热性能因子随着节距的增大而减小,e=4mm时,热性能因子随着节距的增大先减小后增大。随着肋高的增大,热性能因子先增大后减小,当e=2mm时,热性能因子最大。随着倾角α的增大,热性能因子逐渐减小,a=30。的最大,a=45。的次之,a=75。的最小。在Re=9000-18000范围内,带间隙的肋片的热性能因子比连续形肋片的热性能因子大。对流动特性的分析得出,带有间隙的V形肋片与连续的V形肋片相比,间隙的存在可以提高间隙背风面处的Nu数。但从间隙处流出的流体会破坏旋涡的流动,使旋涡提前消失,这一点不利于换热。因此,应综合考虑间隙对集热器换热的影响。随着节距的减小或肋高的增大,流体在整个通道中下降上升的次数增多,主流的冷流体和加热面附近的热流体换热次数增多,冷热流体掺混的更均匀,集热器的强化换热效果更显著。倾角越大,旋涡旋转直径越大,在相邻肋片区域流动的流体中受旋涡扰动的比例越大,流体掠过肋片进入相邻肋片区域后,流动方向改变的越大,但倾角越大,在相邻肋片间流动的流体速度越小,湍流度越小,综合考虑,得到a=45°时,集热器的换热效果最好。 【关键词】：太阳能空气集热器 强化换热 数值模拟 V形肋片 间隙
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK513.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题背景9-10
• 1.1.1 太阳能利用发展现状9-10
• 1.1.2 未来的太阳能利用10
• 1.2 太阳能集热器10-11
• 1.3 强化传热11-13
• 1.3.1 强化传热方法12
• 1.3.2 太阳能平板集热器的强化传热12-13
• 1.4 太阳能平板集热器的研究现状13-15
• 1.5 目前研究存在的不足15
• 1.6 本文的主要研究内容15-16
• 2 数值研究16-26
• 2.1 CFD软件介绍16-18
• 2.1.1 计算流体动力学的特点16
• 2.1.2 计算流体动力学问题的解决过程16-17
• 2.1.3 FLUENT软件介绍17-18
• 2.2 物理模型18-20
• 2.3 数值求解20-26
• 2.3.1 参数定义20-21
• 2.3.2 网格生成21
• 2.3.3 FLUENT中各参数设置21-23
• 2.3.4 网格无关性检验23-24
• 2.3.5 湍流模型选择和有效性分析24-26
• 3 肋片结构对集热器热性能的影响26-54
• 3.1 间隙位置的影响26-29
• 3.2 相对肋宽比的影响29-31
• 3.3 肋片厚度的影响31-33
• 3.4 肋片节距的影响33-41
• 3.4.1 肋片节距对壁面平均Nu数的影响33-36
• 3.4.2 肋片节距对摩擦阻力因子的影响36-38
• 3.4.3 肋片节距对热性能因子的影响38-41
• 3.5 肋片高度的影响41-49
• 3.5.1 肋片高度对壁面平均Nu数的影响41-44
• 3.5.2 肋片高度对摩擦阻力因子的影响44-46
• 3.5.3 肋片高度对热性能因子的影响46-49
• 3.6 肋片倾角的影响49-51
• 3.7 带间隙与连续形比较51-53
• 3.8 本章小结53-54
• 4 肋片对集热器Nu数分布及流场的影响54-72
• 4.1 间隙对Nu数分布及流场的影响54-58
• 4.1.1 集热器Nu数分布比较54-56
• 4.1.2 流场比较56-58
• 4.2 肋片节距对Nu数分布及流场的影响58-62
• 4.2.1 肋片节距对Nu数分布的影响58-60
• 4.2.2 肋片节距对流场的影响60-62
• 4.3 肋片高度对Nu数分布及流场的影响62-66
• 4.3.1 肋片高度对Nu数分布的影响62-64
• 4.3.2 肋片高度对流场的影响64-66
• 4.4 肋片倾角对Nu数分布及流场的影响66-71
• 4.4.1 肋片倾角对Nu数分布的影响66-68
• 4.4.2 肋片倾角对流场的影响68-71
• 4.5 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况77-78
• 致谢78-79

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

V形肋片型太阳能空气集热器换热特性的研究    徐莎莎;金东旭;张曼曼;

带有间隙的V形肋片对太阳能空气集热器的传热及流动特性的影响    张曼曼;金东旭;张蕊;庆浩强;

多重V形肋片型太阳能空气集热器传热与流动特性的数值研究    徐莎莎

肋片传热量计算的新讲解    汪城;朱晔;蒋绿林;

两种肋片的损失率分析及优化    陈维汉,钱壬章

肋片温度周期性变化的传热研究    杨翔翔，何宏舟

环肋肋基温度沉降对肋片散热的影响    李隆键,张洪济

肋片传热与优化分析的通用程序设计    林荣德,杨翔翔

基于COMSOL Multiphysics的三角形肋片传热数值模拟    吴开峰;曹汉卿;

辐射对流条件下肋片散热的数值计算和结构优化    陈建芳,张双喜

仿螺旋肋片内冷通道流动与传热数值分析    邱庆刚;沈胜强;

肋片几何形状对仿螺旋肋片内冷通道流动与换热的影响    邱庆刚;沈胜强;

肋片能质传递效率研究    张友利;吴双应;

被动系统中肋片结构参数对温升的影响分析    张旭;刘小倩;张韵淇;车昆明;

带内肋片相变蓄能换热器的数值分析    刘倩平;杨历;

一种带异形肋片的新型散热器的热工性能及技术经济评价    张欢;由世俊;高佛佑;

仿螺旋肋片内冷通道流动与换热特性研究    邱庆刚

复杂内冷透平动叶中流动与换热研究    苏生

集热板上设有带间隙的多重V形肋片的太阳能空气集热器通道的传热与流动特性数值研究    张曼曼

具有双梯形截面肋片的功率器件液冷基板应用研究    刘宗振

带肋表面气体喷吹冷却的数值研究    贾丽娟

超临界压力下低温甲烷在肋片冷却圆管中的强化传热的数值模拟研究    唐丽君

基于（火积）耗散极值原理的叶形肋片构形优化    汤志坤

大功率LED光源散热结构设计及其散热性能研究    郭凌曦

多孔复合微小通道内传热与流动性能研究    邹毅

高压变频器的散热器选择与性能研究    董赫伦