论文摘要
太阳能作为一种清洁且资源丰富的新型能源日渐被关注并越来越多的被应用到各个领域。如：采暖，空调，干燥等。而在对建筑的采暖方面来看，以风机驱动工作的狭缝型多孔板集热器，并实现了与建筑的一体化的太阳能空气集热模块以其简易但高效的特点具有着非常广阔的发展空间。本文所研究的太阳能空气集热模块主要包括集热构件，送风系统和框架三部分。其集热构件采用铝制百叶卷帘，其集热面喷涂深色无光漆用以在采暖季集热，背面涂白色可以在夏季翻转过来防止过热。本研究主要采用数值仿真的手段，利用商用CFD软件FLUENT针对太阳能集热模块的冬季集热过程进行模拟。太阳能集热模块工作时涉及的传热过程主要包括透光盖板的吸热及与周围环境的热交换，集热百叶的吸热，边框和背板的热损，集热百叶与空气间层内空气的对流热交换。本研究采用简化的模型，将前三部分换热过程以理论分析的方法求解并作为边界条件输入到集热模块的计算模型中，重点模拟分析了最复杂的集热模块的内部换热过程。针对集热模块风道面积与集热器面积相差较大，内部百叶结构复杂的特点，建立了集热模块的三维稳态模型并以多孔介质区域代替百叶结构来进行模型的简化。通过改变集热模块模型参数的方法，本文从热转移因子和热损失系数两个角度来分析了集热模块性能的优劣，从而得到优化的几何参数与运行参数。研究发现：(1)只要集热模块内空气的质量流率保持不变，集热模块的热性能就基本不变，所以在选择风口形状时可以简单根据室内送风速度要求选取。(2)加宽间层有助于提高集热模块热性能。但间层厚度过大时热性能提升的程度与集热模块成本的增加量之间并不平衡。本集热模块推荐选择80mm的间层厚度。(3)从集热模块内部流动的角度来说，无孔平板型集热构件有着更好的表现。而百叶内侧进风的模式也优于外侧进风方式。(4)随着入口风速增大，热转移系数增大，但热损失系数也随之增大。对于太阳辐射资源丰富的地区可以酌情采用较大的风速。对于大连地区的应用本文推荐1m／s的入口风速。同时本集热模块的保温措施不够完善，也使得热转移因子在集热模块性能中的影响权重远小于热损失系数。