加装导流板的真空管热水器流动与换热的数值模拟

针对真空管与水箱连接处冷热水混流、出现随机涡流而影响换热等问题,分别建立了两种加装导流板结构模型.用FLUENT软件对两种导流结构热水器进行三维数值模拟研究,并与原结构进行比较分析,研究了真空管内的对流换热过程以及水箱内流体的分层情况.结果表明:加装导流板后,管口和水箱内的冷、热水混合换热情况得到了改善,增强了管内流体...     

导流板结构对真空管热水器流动与换热的影响

针对真空管与水箱连接处出现随机涡流,不利于换热的问题,建立了真空管内加装导流板结构模型,运用Ansys Fluent软件对加装不同长度、厚度导流板结构的热水器进行三维数值模拟研究。导流板的存在减小了管内及连接处冷热流体的混合,使速度场均匀,流动稳定无扰动,保证了冷热流体的有序流动;特别是在真空管的下半部分,流体由水箱流入真空管处的速度提高,且流动稳定无涡流;加装不同长度导流板后,真空管底部、中部以及接近水箱入口处的水流平均速度提高了20%～313%,大大地增加了真空管下半部,特别是底部的热交换效率。     

太阳能热水器传热传质和强化传热研究

在低温太阳能光热光伏联合应用试验台的基础上,结合GB/T 17049—2005,利用Gambit、Ansys Fluent和Tecplot软件,对全玻璃真空管太阳能热水器进行传热传质和强化传热分析。结果表明:所建立的二维数值计算模型,能准确反映同一条件下,全玻璃真空管太阳能热水器的变化趋势;在数值模拟基础上,确定了单面受热时的最佳安装角度为51°,加装反光板类似双面受热的最佳安装角度为38°;在粗略估算和细化分析的基础上,确定了不同真空管结构的最佳导流板长度及安装位置;通过实验和数值模拟,确定了58mm×1 800mm为优化的全玻璃真空管结构。     

非承压式太阳能热水器导流装置的研究

热动力自循环非承压式太阳能热水器导流装置是一种引导太阳能热水系统水循环的导流结构,提供了一种结构合理、简单高效的太阳能热水器用导流管设计方式,可解决现有太阳能热水器真空管导热不畅、易炸管等不足。通过对内聚光真空管太阳能热水器进行一系列对比实验,探讨加装导流装置对内聚光真空管内流场及效率性能的影响;研究表明,加装导流装置可改善内聚光真空管内部换热,并杜绝高温时的气泡、沸腾、喷涌现象。     

加装导流板真空管热水器传热特性的研究

通过数值模拟方法分析了导流板位置对真空管热水器传热特性的影响,导流板加装在真空管中间或中间偏下1/3位置的效果较明显。综合考虑加工工艺和温度升高幅度等因素,对管内中间位置导流板结构和原结构进行了室内及室外热性能对比试验。室内对比试验表明,在管内中间位置安装导流板结构的水箱内平均水温变化与其数值模拟结果一致,比无导流板结构的水箱水温高0.5℃。室外热性能测试结果显示,水箱内平均水温、得热量和升温效果均优于未加导流板的原结构。     

全玻璃真空管太阳能热水器影响因素的数值模拟研究

利用热能工程专业基础知识和场协同原理,结合计算流体力学配套商业软件,对反光板、倾斜角度、辐照强度、集热管尺寸和水箱大小等因素,影响全玻璃真空管太阳能热水器的传热传质特性进行了数值模拟研究和可视化分析,通过数值模拟研究给出了全玻璃真空管太阳能热水器的的最佳条件。     

导流板渗透式太阳能空气集热器热性能研究

设计一种导流板渗透式太阳能空气集热器并对其进行试验研究。结果表明,该带导流板的渗透式太阳能空气集热器的出风口温度和集热效率均明显高于传统的太阳能空气集热器,集热效率在相同条件下提高约20%。利用Fluent软件对集热器内部流场进行数值模拟,结果表明该种集热器内部的温度场和速度场分布较均匀,吸热板和空气能够进行很好的对流换热。     

直管振动流动传热特性数值模拟

通过Fluent软件求解二维雷诺时均Navier-Stokes方程,对整体振动二维直管内流场的传热进行数值模拟,分析了流体流速及振动参数对流场及温度场特性的影响。结果表明:振动会对直管内流场产生扰流;给直管施加振动后,直管换热强度也增加;随着换热管道的加长,换热效果随着振动频率和振幅的增大,会在低频率和低振幅的换热强度基础上下降,最多下降18.3%。     

卧式热分区太阳能水箱内的贮热性能分析及试验研究

通过改善流道,依靠水箱内部导流板形成的通道来抑制水箱内湍流耗散,运用数值模拟的方法来分析太阳能新型结构水箱中对流的热抑制现象.计算结果对比了新型水箱和传统水箱的瞬态温度场,借助于流函数场讨论了低理查逊数Ri对水箱近壁面扰动的影响,并通过实验验证了新型结构水箱的温度分层特性.     

真空管热水器倾角的数值模拟分析

利用fluent软件中的太阳载荷模型对真空管家用太阳热水器进行了三维数值模拟计算,分析了30°、45°、60°倾角下真空管热水器内的流场和温度场随加热时间的变化及传热和流动过程。结果表明,真空管热水器在加热期间,在真空管管口的上壁面出现温度最大值,水箱内真空管管口以下水的温度相对于管口以上的温度分层很明显,水箱内真空管管口以上的热水温度几乎相同,说明水箱内管口以上的水进行了充分混合;对于30°和45°倾角的系统,随着加热时间的增加,水箱内管口以下的水温与管口以上的水温从10 K增加到30 K,以45°倾角为例,当考虑了水箱内管口以下的冷水区时,随着加热时间的增加,真空管与水箱内的温差从0.73 K增大到1.13 K,仅考虑水箱内均匀分布的三点时,随着加热时间的增加,真空管与水箱内的温差从0.15 K减小到了0.03 K;随着系统倾角从30°增加到60°,水箱内管口以下的冷水区域在逐渐减小。因此,为了减小水箱底部的冷水区,插入水箱内的真空管应尽可能短。     

简化CPC式全真空玻璃集热管太阳能高温空气集热器的传热模型研究

对一种新型简化CPC(非追踪式复合抛物线聚光板)式全真空玻璃集热管太阳能高温空气集热系统的传热过程进行了理论分析和数值模拟计算,通过实验数据对该传热模型进行了验证分析。该系统由多个集热单元组成,每个集热单元包括一个简化CPC集热板,一根全真空玻璃集热管,在玻璃集热管内安装一个U形铜管。流动空气在各级U形铜管内被逐级加热。计算研究表明:系统空气最大出口温度可达到200℃,系统平均集热效率达到0.3以上,整个系统表现了良好的高温集热特性。同时,计算也表明当系统工质流量增加时,只要系统增加更多的集热管以增加系统总功率即可满足工质温度达到200℃的设计要求。研究提出的新型简化CPC式全真空玻璃集热管太阳能高温空气集热系统是一种有工业实用前途的太阳能集热器;研究提出的传热模型模拟效果也可以满足一般性工程计算需求。     

全玻璃真空太阳集热管光—热性能

从能量平衡议程导出全玻璃真空太阳集热管的3个光－热性能参数,即热损系数UTL、闷晒太阳曝辐量H和空晒性能参数Y与真空热管理的罩管玻璃的太阳透射比τ、选择性吸收表面的太阳吸收比a、发射比ε、和集热管内的气体压强p,太阳辐照度、环境温度和真空太阳集热管的几何尺寸等函数关系。理论计算的真空太阳集热管的3个热性能参数与实验的结果比较一致。上述全玻璃真空太阳集热管的光－热性能参数已经被国家标准《全玻璃真空太阳集热管》（GB／T17049－1997）采用。     

直通式真空管空气集热器热性能实验及干燥应用

在直通式太阳能玻璃真空管空气集热器基础上改进联箱结构,并搭建测试平台对该种改进型空气集热器进行热性能实验研究。通过实验比较改进前后集热器的温升和效率,获得改进后集热器出口温度与太阳辐照度关系的线性回归方程,掌握不同空气质量流量对集热器出口温度和集热效率的影响规律,分析得到该种真空管的最佳串联个数,并对应用该种集热器的太阳能干燥系统的干燥效果进行初步测试分析。该研究结果可为太阳能空气集热干燥系统的设计及应用提供参考。     

All-glass vacuum tube collector heat transfer model used in forced-circulation solar water heating system

The aim of this paper is to establish the heat transfer model of all-glass vacuum tube collector used in forced-circulation solar water heating system. In this model, the simplified heat transfer of collector is composed of the natural convection in single glass tube and forced flow in manifold header. Thus the heat balance equation of water in single tube and the heat balance equation of water in manifold header have been established. The flow equation is also built by analyzing the friction and buoyancy in tube. Through solved these equations the relationship between the collector average temperature, the outlet temperature and natural convection flow rate have been obtained. From this relationship and energy balance equation of collector, the collector outlet temperature can be calculated. The validated experiments of this model were carried out in winter of Beijing.     

Water-in-glass evacuated tube solar water heaters

Evacuated tube solar collectors have better performance than flat-plate solar collectors, in particular for high temperature operations. A number of heat extraction methods from all-glass evacuated tubes have been developed and the water-in-glass concept has been found to be the most successful due to its simplicity and low manufacturing cost. In this paper, the performance of a water-in-glass evacuated tube solar pre-heater is investigated using the International Standard test method ISO 9459-2 for a range of locations. Factors influencing the operation of water-in-glass collector tubes are discussed and a numerical study of water circulation through long single-ended thermosyphon tubes is presented. Preliminary numerical simulations have shown the existence of inactive region near the sealed end of the tube which might influence the performance of the collector.     

开放式热管中温太阳能空气集热装置的试验研究

设计一种使用简化CPC(非追踪式复合抛物线聚光板)集热板和新型开放式热管组合的全真空玻璃集热管中温太阳能空气集热装置。每个集热单元包括一个简化CPC集热板,一根全真空玻璃集热管,在玻璃集热管内安装一个铜管和外部的一个蒸汽包连接构成一个开放式热管结构。蒸汽包内安装螺旋换热管加热通过换热管的流动空气工质。分别使用水和CuO纳米流体作为热管工质,以空气作为集热工质,对热管式中温空气集热器的传热特性进行了实验研究。分析了不同工作压力、不同工质及纳米流体质量分数对热管集热传热特性的影响,详细比较了热管水工质和纳米流体工质在集热传热性能上的优劣。试验结果表明:本系统只使用2根玻璃集热管构成集热器,空气最大出口温度在夏天可达到200℃,在冬天可接近160℃,系统平均集热效率达到0.4以上,整个系统表现了良好的中温集热特性。以纳米流体为工质的热管热阻比以水为工质时平均降低了20%左右     

U型管式全玻璃真空管集热器热效率及性能研究

在能量平衡分析的基础上，建立了U型管式全玻璃真空管太阳能集热器热效率方程，推导了集热器热损系数、效率因子等性能参数的计算公式，理论计算热效率与实验数据吻合良好。计算分析表明，真空管热损系数与吸热管和环境温差并非线性关系，将其关联式按环境温度分段整理将使计算结果更接近实际；涂层发射比对集热器的热效率影响较大，降低涂层发射比是提高集热器效率的有效途径；采取适当的措施降低吸热管与肋片间的接触热阻后，采用U型管连接方式不会时热利用系统集热器效率造成太大影响。     

带内集管的分体式太阳能热水器及其实验研究

为了实现太阳能热水器和建筑的结合,设计了一种分体式全玻璃真空管太阳能热水器。它由集热器、室内储水箱、上升管和下降管组成,其集热器的每根真空管内有一个分水管,分水管通过集箱内的集管与下降管相连。与已有的太阳能热水器相比,其分水管把真空管内的冷、热水流道分开,减少了冷热水流相互干扰,提高了热水器效率,同时实现了分体式太阳能热水器系统的自然循环。实验表明,带内集管的分体式太阳能热水器比不带内集管的分体式太阳能热水器有更高的效率。