選擇性太陽光隧道夏季工況熱流體特性研究.pdf

1、針對當(dāng)前能源危機(jī)以及低碳理念的提出,本文依據(jù)邊緣光線原理設(shè)計(jì)了一種新型的太陽能集熱器:選擇性太陽光隧道(SST)。利用特殊的幾何特征,該集熱器可根據(jù)太陽高度角的不同選擇吸收太陽光線,以達(dá)到冬季采暖,夏季防止建筑升溫的目的。
　　冬季工況下SST吸收太陽光輻射并轉(zhuǎn)換成熱能后,一部分能量通過導(dǎo)熱后再經(jīng)過對流傳到室內(nèi),另一部分能量經(jīng)過對流,再經(jīng)過導(dǎo)熱,最后經(jīng)對流傳到室外。夏季工況下室外的熱量通過對流傳遞給SST,再經(jīng)過SST內(nèi)部一系列的

2、導(dǎo)熱——對流換熱——導(dǎo)熱將熱量傳遞到 SST室內(nèi)壁面,最后經(jīng)對流傳到室內(nèi)環(huán)境中。本文通過建立的SST數(shù)學(xué)模型,以徐州地區(qū)正常夏季工況為例,利用先進(jìn)的有限體積分析軟件ANSYS FLUENT,對SST內(nèi)部流體的溫度場以及速度場進(jìn)行數(shù)值模擬,得出了SST內(nèi)部流場及整個SST溫度場的特點(diǎn),分析出了SST的熱流體特性。
　　為了驗(yàn)證理論模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,自行設(shè)計(jì)并搭建了 SST系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺。對 SST內(nèi)部空氣的溫度場進(jìn)行測試,并與數(shù)值模擬結(jié)

3、果進(jìn)行比較,兩者有較好的一致性。
　　以前面分析的SST熱流體特性為基礎(chǔ),通過改變室外風(fēng)速及溫度,進(jìn)行了大量的數(shù)值分析與計(jì)算,分析發(fā)現(xiàn)室外風(fēng)速的增大會降低SST夏季節(jié)能效率,但其影響主要集中在0-4m/s范圍內(nèi),最大降低幅度約為9.63％;室外溫度的增加將引起SST內(nèi)部空氣對流換熱增強(qiáng),SST外壁面熱流密度隨溫度成直線增漲,減弱了SST夏季節(jié)能效果。通過改變透明蓋板和吸收板之間的距離,分析出了熱流密度與特征長度的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)SST的

4、熱流密度隨著特征長度的增加呈速率減小的遞減趨勢,大約在透明蓋板與吸收板之間的距離l=0.09m時(shí)熱流密度基本趨于穩(wěn)定;并且結(jié)合冬季工況效率先增后減的特性建議實(shí)際應(yīng)用中特征長度的選取根據(jù)業(yè)主需要選擇最優(yōu)冬季工況特征長度或者最優(yōu)夏季工況特征長度。最后根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果得到一系列Nu與Bi、Ra的數(shù)值,利用Tabecure3D軟件擬合出夏季工況SST熱流體準(zhǔn)則方程,這對人們研究封閉腔體內(nèi)流體的自然流動規(guī)律、SST的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算SST的節(jié)