選擇性太陽光隧道夏季工況熱流體特性研究.pdf

1、針對當前能源危機以及低碳理念的提出,本文依據(jù)邊緣光線原理設計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換成熱能后,一部分能量通過導熱后再經(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、導熱——對流換熱——導熱將熱量傳遞到 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)學模型,以徐州地區(qū)正常夏季工況為例,利用先進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,分析出了SST的熱流體特性。
　　為了驗證理論模擬結果的準確性,自行設計并搭建了 SST系統(tǒng)實驗臺。對 SST內(nèi)部空氣的溫度場進行測試,并與數(shù)值模擬結

3、果進行比較,兩者有較好的一致性。
　　以前面分析的SST熱流體特性為基礎,通過改變室外風速及溫度,進行了大量的數(shù)值分析與計算,分析發(fā)現(xiàn)室外風速的增大會降低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,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時熱流密度基本趨于穩(wěn)定;并且結合冬季工況效率先增后減的特性建議實際應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的結構優(yōu)化設計和計算SST的節(jié)