內(nèi)置式PV-Trombe墻空氣流動與傳熱的數(shù)值模擬.pdf

1、綠色建筑技術(shù)利用新能源和可再生能源進行供暖通風和空氣調(diào)節(jié)，具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，是近年來國內(nèi)外的研究熱點課題。Trombe墻是一種利用太陽能進行供暖和通風的建筑節(jié)能技術(shù)。PV-Trombe墻則通過把太陽能電池貼于 Trombe墻玻璃蓋板，從而實現(xiàn)了發(fā)電和供暖、通風的聯(lián)供。然而太陽能電池阻礙了太陽輻射進入Trombe墻流道內(nèi)部，從得熱率的角度看，Trombe墻的太陽能利用效率將降低。為了更好地利用太陽能，本文提出了一種新型內(nèi)置式 PV-Tr

2、ombe墻，它將光伏電池貼在 Trombe墻的集熱墻表面，太陽輻射完全穿過玻璃蓋板進入Trombe墻內(nèi)，并被集熱墻表面的光伏電池和通道內(nèi)的空氣所吸收。其中，一部分太陽能被轉(zhuǎn)換成電能，其余部分則用于加熱通道內(nèi)的空氣，實現(xiàn)建筑采暖、通風和發(fā)電等功能。
　　本文以水平進口內(nèi)置式PV-Trombe墻為研究對象，基于計算流體力學原理，運用 FLUENT軟件對模型流道內(nèi)的空氣流動情況和對流換熱特點進行了模擬研究。采用RNG k–ε湍流模型、D

3、O輻射模型以及SIMPLEC算法對溫度場和流場進行計算，得到了流道內(nèi)空氣溫度、壓力和速度分布的詳細結(jié)果。文中探討了太陽輻射和結(jié)構(gòu)尺寸對模型通風和傳熱性能的影響，分析了流道內(nèi)部空氣的溫度、速度、流態(tài)、局部換熱系數(shù)和質(zhì)量流量以及模型熱電性能的變化情況。通過對各變量進行量綱分析，引入無量綱準則數(shù)Nu數(shù)、Re數(shù)、Ra*數(shù)和熱效率ηth等，基于最小二乘法原理，對各無量綱數(shù)進行線性擬合分析，得到了表征內(nèi)置式PV-Trombe墻通風傳熱性能的擬合關(guān)聯(lián)

4、式。通過本文研究，得到以下主要結(jié)論：
　　（1）流道內(nèi)部空氣沿著寬度方向，溫度與速度分布并不是均勻一致。在玻璃蓋板和光伏電池的近壁處，存在明顯的溫度和速度邊界層，邊界層厚度隨著太陽輻射的增強而增大，邊界層內(nèi)溫度梯度和速度梯度較大，而遠離壁面的主流區(qū)，溫度和速度變化較為平緩。
　?。?）空氣在豎直流道內(nèi)流動屬于有限空間自然對流，其流態(tài)可以用以流道寬度b為特征尺寸的Ra*數(shù)來判斷。通過流線圖和理論分析可知，空氣的流態(tài)隨著太陽輻射

5、和高度的增加變化較小，而寬度才是影響流道內(nèi)空氣流動狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)。
　　（3）流道內(nèi)空氣的局部對流換熱系數(shù)分布存在入口段和充分發(fā)展段兩個區(qū)段；太陽輻射和模型高度的增加有助于提高模型的通風性能，而空氣質(zhì)量流量隨著寬度的增加卻出現(xiàn)先增大然后逐漸減小的情況；空氣在流道內(nèi)流動產(chǎn)生的回流會增強局部對流換熱系數(shù)，卻會阻礙空氣流動，降低模型通風性能。
　?。?）已經(jīng)定義出表征模型的平均對流傳熱系數(shù)Nu數(shù)、表征模型通風量大小的Re數(shù)、表征模