適用于農(nóng)村的太陽能空氣集熱器的理論與實驗研究.pdf

1、太陽能是一種分布廣泛、取之不盡、用之不竭的綠色能源,具有許多常規(guī)能源無可比擬的優(yōu)勢,比如潔凈安全、時間長久、成本低、無地域限制和能源質(zhì)量高等。根據(jù)太陽能利用的轉(zhuǎn)換方式分主要有太陽能熱利用、太陽能光電利用、太陽能光化學(xué)利用三個方面,太陽能集熱器就是太陽能熱利用的一種方式,它是一種吸收太陽輻射并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱介質(zhì)的裝置,而太陽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)有住宅的實際情況,

2、采用DeST軟件模擬了農(nóng)村住宅的能耗狀況,并進行了節(jié)能改造的可行性分析。利用標(biāo)準(zhǔn)晴空大氣透明度計算模型,建立了地球表面上太陽輻射的理論方程,通過Matlab進行了分析計算,得出各地晴天時的太陽輻射規(guī)律,以及冬季和全年平均獲得最大太陽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。
　　 基于對太陽能空氣集熱器基本換

3、熱過程的理論分析,建立了集熱器換熱過程的模型,用Matlab編程采用簡單迭代和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)的變化過程,分析各個因素對集熱器運行效果的影響。結(jié)果顯示太陽輻射強度和空氣進口流速的影響最大,出口空氣溫度均隨太陽輻射強度的增強而迅速增大,隨進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、隔板可以有效增強空氣在集熱器通道內(nèi)的對流換熱強度,出口空氣溫度比無隔板時提高3～5℃,集熱效果更佳。
　　 用正交分試驗法對各個要研究的影響因素進行組合得到16種試驗方案,根據(jù)各試驗方案的條件用Fluent進行模擬計算,得出模擬數(shù)據(jù)及模擬效果圖,用正交實驗表分析得到集熱器最優(yōu)設(shè)計方案為:高度為1600mm的條件下,集熱器寬度250mm,厚度80mm,開孔直徑14mm,垂直時空氣最佳進口流速為1.2m／s,傾斜時為0.8m／s。<

5、br>　　 根據(jù)以上研究搭建試驗臺進行全天實測實驗,實驗結(jié)果證實在室外平均氣溫為15℃時,太陽能空氣集熱器出口空氣平均溫度可達45℃,適合用于進行冬季供熱。通過分析實驗數(shù)據(jù)還可看出,雙層玻璃具有良好的保溫效果,可以用來作為集熱器的蓋板,集熱器傾斜65°時所接受的太陽輻射量和集熱效率均有提高,驗證了前文關(guān)于最佳傾角的計算。
　　 對本實驗中所設(shè)計的太陽能空氣集熱器實際應(yīng)用于農(nóng)村住宅的情況進行了能耗模擬,結(jié)果顯示采用集熱器后可使全