多重V形肋片型太陽能空氣集熱器傳熱與流動特性的數(shù)值研究.pdf

1、太陽能資源豐富，分布廣泛，清潔干凈，是人類社會未來發(fā)展的能源基石，必將成為化石能源的替代能源之一。平板型集熱器是太陽能低溫熱利用的基本部件，由于其結(jié)構(gòu)簡單、耐用、不需要跟蹤裝置并易與建筑結(jié)合等特點被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，但平板型集熱器的換熱性能有待進一步提高。
　　大量研究表明肋片的存在，使流體的流向不斷改變，從而產(chǎn)生二次流及邊界層分離，增強了流體湍流強度，有利于強化換熱，提高集熱器的熱效率。由于V形肋片型太陽能平板集熱器流道內(nèi)流動

2、復雜，實驗結(jié)果只是局限于整體換熱特性的分析，對集熱器內(nèi)部流場的分析受到限制。本文采用計算流體動力學(CFD)的方法對多重V形肋片型太陽能平板集熱器內(nèi)的換熱與流動特性進行了研究，直觀地了解了集熱器內(nèi)流體的流動狀態(tài)。
　　本文首先通過網(wǎng)格無關(guān)性檢驗及理論分析，確定了計算網(wǎng)格數(shù)和采用RNGk-ε湍流模型，增強壁面函數(shù)進行計算。然后在雷諾數(shù)5000-20000的范圍內(nèi)，研究了相對肋寬比W/w、肋片傾角α、肋片節(jié)距P、肋高e對集熱器換熱特性

3、的影響，并在不同幾何參數(shù)下對集熱器內(nèi)部的溫度場、速度場、流場進行了分析。
　　計算結(jié)果表明，在其它參數(shù)一定時，隨著W/w的增大，Nu數(shù)先增加后減小，相對其它肋寬比而言，W/w=6時，集熱器換熱性能因數(shù)η較大，具有較好的換熱效果。在對節(jié)距P和傾角α的研究發(fā)現(xiàn)，在P較小時，α=45°的集熱器η較大;在P較大時，α=30°的集熱器η較大。在W/w=6，α=45°，P=15mm時，肋高對換熱特性影響的研究發(fā)現(xiàn)Re數(shù)較小時，肋高e較大的集熱

4、器η較大;當Re數(shù)較大時，e較小的集熱器η較大。
　　對集熱器內(nèi)部流動的分析發(fā)現(xiàn)，流體掠過肋片后，產(chǎn)生脫離和再附著，形成旋渦，破壞了層流底層，極大的提高了空氣側(cè)的對流換熱系數(shù)。幾何參數(shù)W/w、α、P和e的不同對集熱器內(nèi)溫度場和速度場的分布產(chǎn)生顯著影響。隨著W/w的增大，由二次流產(chǎn)生的旋渦的個數(shù)逐漸增多;傾角α不同，集熱器內(nèi)死區(qū)的大小也有明顯差別，α=75°時，死區(qū)面積最大;隨著P的增大，旋渦的總數(shù)減少，死區(qū)的總面積增大;隨著e的增