蜂窝平板式太阳能空气集热器及太阳墙的研究

【摘要】： 能源是人类社会存在与发展的基础。太阳能作为最重要的可再生能源之一，其开发利用有着广阔的市场前景。本论文综述了国内外太阳能热利用的发展现状，针对各种太阳能集热装置，特别是空气集热器和国外的太阳墙的研发，进行了简要的讨论。在此基础上，作者设计了用于冬季建筑采暖的蜂窝平板型太阳能空气集热器，并对利用这种空气集热器进行建筑采暖开展了理论和试验研究。论文主要包括四方面的工作： 1、对带透明蜂窝的空气集热器的进行了试验研究。对不同蜂窝结构的集热器进行了空晒和并联抽气对比试验，对有蜂窝结构和无蜂窝结构的集热器进行了空晒和抽气对比试验，发现蜂窝结构为50×50×25mm的集热器出现高温的概率最大。并在一定的简化条件下，计算了并联抽气系统的瞬时集热效率。通过试验，对集热器各个组成部分进行了优化设计和选择。 2、透明蜂窝的透过率是衡量其性能的主要参数之一。本文利用Hollands等提出用蜂窝单元表征整个透明蜂窝结构的简化方法，应用几何光学原理构造了一个计算透明蜂窝透过率的二维模型，在一定的简化条件下，计算整个透明蜂窝的透过率简化为计算由上下透明盖板和不透明壁构成的一个矩形腔体内的透过率，推导出了计算透明蜂窝透过率的理论计算公式。 3、利用FLUENT软件，对不同高宽比的蜂窝进行了计算机数值模拟研究，分析透过蜂窝顶部的热损失情况。考虑辐射热传导时，截面为25×25蜂窝，在高宽比A≤12时，自然对流均没有被完全抑制；截面为10×10的蜂窝，在高宽比A≥4时，通过蜂窝顶部的热量小于100W／m~2，可以认为起到较好的隔热效果。 4、对太阳墙式空气集热器进行了试验和理论研究。通过试验发现，单个的太阳墙式空气集热器利用自然对流驱动时，效率低于50％；加风机工作模式时，效率在60％左右。两个集热器利用风机驱动对太阳房供暖时，室内平均温度达到15.7℃；三个集热器相连利用风机驱动对太阳房供暖时，室内平均温度达到18.5℃。在试验的基础上，一定的简化条件下，对用于实际供暖的集热器进行了数值模拟。发现集热器内部的空气流场和温度场很不均匀，这对改进实际集热器的结构有一定的帮助。 【关键词】：太阳能空气集热器 透明蜂窝 供暖系统
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 太阳能空气集热器与太阳能建筑概述9-26
• 1.1 太阳辐射及太阳能特点9-11
• 1.1.1 太阳辐射9-10
• 1.1.2 太阳能的主要特点10-11
• 1.2 太阳能热利用与太阳能集热器11-13
• 1.2.1 太阳能热利用11
• 1.2.2 太阳能集热器11-13
• 1.3 太阳能空气集热器及其研究情况13-19
• 1.3.1 太阳能空气集热器13-15
• 1.3.2 太阳能空气集热器的研究情况15-19
• 1.4 太阳能建筑19-25
• 1.4.1 太阳房分类21-22
• 1.4.2 太阳能建筑的国内外现状22-24
• 1.4.3 我国太阳能建筑存在的问题及解决的方法24-25
• 1.5 本论文研究的目标25-26
• 第二章 透明蜂窝原理与带蜂窝空气集热器的结构设计26-38
• 2.1 透明绝热技术26-27
• 2.2 蜂窝27-29
• 2.2.1 蜂窝结构27-28
• 2.2.2 蜂窝性能28
• 2.2.3 蜂窝的应用范围28-29
• 2.3 透明蜂窝材料与蜂窝空气集热器的研究情况29-33
• 2.3.1 透明蜂窝材料的研究概括29-30
• 2.3.2 透明蜂窝空气集热的研究简介30-33
• 2.4 蜂窝平板型空气集热器的结构及工作原理33-34
• 2.5 集热器各个部分设计34-37
• 2.5.1 集热器透明盖板的设计34-37
• 2.5.2 吸热板的设计37
• 2.5.3 框架的设计37
• 2.6 小结37-38
• 第三章 带透明蜂窝太阳能空气集热器的试验研究38-55
• 3.1 试验背景38
• 3.2 蜂窝结构与无蜂窝结构的对比试验38-51
• 3.2.1 双层盖板与矩形蜂窝不紧密结合38-44
• 3.2.2 双层盖板与矩形蜂窝紧密结合44-51
• 3.3 抽气系统集热器瞬时热效率计算51-52
• 3.4 结论52-55
• 第四章 蜂窝透过率的理论推导55-61
• 4.1 透明蜂窝透过率研究简介55
• 4.2 透明蜂窝透过率的二维模型55-57
• 4.3 公式推导57-58
• 4.4 结果及验证58-59
• 4.5 小结59-61
• 第五章 透明蜂窝热性能的数值模拟61-71
• 5.1 透明蜂窝建模的基本假设61-62
• 5.2 控制方程62-63
• 5.3 FLUENT软件简介63-65
• 5.4 蜂窝热性能的数值模拟65-69
• 5.4.1 考虑蜂窝内部辐射传热65-68
• 5.4.2 未虑蜂窝内部辐射传热68-69
• 5.5 结论69-71
• 第六章 太阳墙的研究及数值模拟71-83
• 6.1 太阳墙式空气集热器的结构71
• 6.2 单个太阳墙式空气集热器的试验71-74
• 6.2.1 自然对流研究72-73
• 6.2.2 强迫对流研究73-74
• 6.3 供暖系统的研究74-79
• 6.3.1 太阳房构造及建筑耗热量74-75
• 6.3.2 两个集热器供暖试验75-77
• 6.3.3 三个集热器供暖试验77-79
• 6.4 太阳墙式空气集热器数值模拟79-82
• 6.4.1 单个集热器的模拟80-81
• 6.4.2 三个集热器相连的模拟81-82
• 6.5 结论82-83
• 第七章 全文总结及展望83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 攻读学位期间发表的学术论文90

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