全玻璃太阳能真空集热管流场和温度场的研究

【摘要】： 本文利用FLUENT计算和实验相结合，揭示了全玻璃太阳能真空集热管测试状态下的流场和温度场的规律，分析了太阳能真空集热管流场和温度场的影响因素，对结构设计和国家检测标准做出了评价。主要研究内容和研究成果如下： 1．根据太阳能真空集热管的物理模型和FLUENT的建模要求，建立了太阳能真空集热管的FLUENT计算模型，根据太阳能真空集热管在闷晒、空晒和散热状态下的工作条件，设置FLUENT计算的边界条件，对三种工况下的流场和温度场进行计算，计算结果与实验测试结果非常吻合； 2．通过FLUENT计算，清楚地观察到太阳能真空集热管壁面和中心部分，顶部、中部和底部在各种工况下的流场分布均不相同；得出了各种工况下的温度-时间变化曲线，沿轴线方向的温度梯度；同时还计算了各部分热损的传热流量； 3．分析了各种因素对太阳能真空集热管流场和温度场的影响。直径越大，热效率越高，但升温能力弱；长度对热效率影响不大；倾斜角度大于30°后，自然对流已经能够充分进行，考虑以能够吸收到最大太阳辐射为主；真空度和发射率对热效率和温度场影响很大，尤其是在介质温度与环境温度差异比较大时；水垢对传热影响较小但由于水质的问题应该被3～5年清洗一次；太阳辐射强度越大，介质温度与环境温度差异越大，热损失越大，效率越低； 4．对太阳能真空集热管的国家检测标准做出了评价。用空晒性能参数和闷晒性能参数来评价太阳能真空集热管的好坏即可，取消平均热损系数指标，空晒性能参数反映高温能力，闷晒性能参数反映正常工作时的升温能力。两者用统一的指标和测试条件来计算，规定初始温度和测试时间，规定一定范围的太阳辐照度和环境温度，用温度升高值除以辐照强度得到评价值。 5.对太阳能真空集热管结构设计优化.在不影响安装和增加成本的情 况下，应适当增加太阳能真空集热管的长度;根据当地的气候条件和使用要 求来综合考虑选择直径;国标规定的真空度必须达到5 x10’zPa，发射率小 于0.1是合理的;弹簧卡子不要选用很宽、很大的尺寸，尽量减少接触热损; 吸气剂并非越多越好，只要能够吸收残余气体，保证一定的真空度即可。 【关键词】：全玻璃太阳能真空集热管 流场 温度场 FLUENT
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TK51
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 太阳能真空集热管流场和温度场研究意义及方法9-21
• 1.1 引言9-11
• 1.2 全玻璃太阳能真空集热管工作机理11-13
• 1.3 太阳能真空集热管性能评价指标及国家标准13-17
• 1.4 太阳能真空集热管流场和温度场研究17-21
• 1.4.1 研究意义17-19
• 1.4.2 研究方法19-21
• 第二章 太阳能真空集热管流场和温度场FLUENT计算模型21-52
• 2.1 FLUENT计算模型和求解方法21-26
• 2.1.1 Fluent计算模型21-24
• 2.1.2 Fluent求解方法24-26
• 2.2 太阳能真空集热管闷晒状态下流场和温度场FLUENT计算26-40
• 2.2.1 定义计算模型26-30
• 2.2.2 建立实体模型和划分网格30-31
• 2.2.3 Fluent求解器选择及边界条件的设定31-33
• 2.2.4 设定控制参数、初始化及计算33
• 2.2.5 后处理分析33-40
• 2.3 太阳能真空集热管各种状态下的流场和温度场FLUENT计算40-52
• 2.3.1 热损系数测试状态下的流场和温度场40-46
• 2.3.2 空晒状态下的流场和温度场46-52
• 第三章 太阳能真空集热管流场和温度场影响因素分析52-92
• 3.1 直径和长度的影响52-62
• 3.2 倾斜角度的影响62-69
• 3.3 初始温度和时间的影响69-71
• 3.4 真空度和发射率的影响71-83
• 3.5 水垢的影响83-85
• 3.6 辐照强度的影响85-92
• 第四章 太阳能真空集热管性能评价指标和结构优化92-96
• 4.1 太阳能真空集热管结构优化92-93
• 4.2 太阳能真空集热管性能评价指标93-96
• 第五章 总结和展望96-99
• 参考文献99-102
• 致谢102

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