太阳能真空集热管内传热特性的研究

论文摘要

太阳能真空集热管以其良好的集热和保温特性,近年来得到国内外众多学者和研究机构的广泛关注。本文在总结了国内、外真空管式太阳能集热器内流动与换热分析的发展现状和最新研究动态的基础上,针对真空集热管内插同心不锈钢管情况下的流动与换热分析进行了研究。本文建立了外径为47mm的真空集热管内插不锈钢管流体流动的数理模型,在此基础上建立二维对称结构的计算流场,利用FLUENT软件进行数值模拟过程中的几何建模、计算流域的确定、网格划分、边界条件的选取、湍流模型的选择以及求解参数的设置,通过对不同内插管直径、进口流速、太阳辐射等工作参数下集热管流道内的流动与换热的数值模拟,得出各参数下集热管内的流场和温度场的分布图,对模拟结果进行分析,得出各参数对集热管内对流换热性能的影响规律。通过综合分析可知,集热管内对流换热主要取决于内插管直径、进口速度、换热温差以及太阳辐射强度。本文同时还对各种不同的内插管管径下不同流速下的阻力特性进行了研究。根据分析和模拟结果可以得出,要得到集热管内对流换热的最佳性能,需要各参数的最优组合,真空集热管内插管存在一最佳的内插管直径,使得流动的压力损失最小。通过对真空管内阻力特性的分析,认为当内插管直径大约14mm时阻力最小。内插管进口流速为10-12m/s时总的阻力损失最小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题背景
• 1.2 太阳能热利用技术的发展概述
• 1.3 几种主要太阳能集热器
• 1.4 太阳能真空集热管研究现状
• 1.5 本课题的研究意义和工作内容
• 1.5.1 本课题的研究意义
• 1.5.2 课题的工作内容
• 第二章 集热管内传热数理模型及控制方程的建立
• 2.1 集热管内数理模型的建立
• 2.2 集热管内传热数值模拟方法的研究
• 2.2.1 湍流传热的数值解法
• 2.2.2 几种常见的数值模拟方法
• 2.2.3 集热管内流场数值模型的选择
• 2.3 集热管内传热流动控制方程的建立和求解
• 2.3.1 计算模型的基本假定
• 2.3.2 传热基本控制方程的建立
• 2.3.3 集热管内流动换热相关参数的确定
• 2.3.4 控制方程组的求解
• 2.4 本章小结
• 第三章 真空集热管内传热特性的数值模拟求解
• 3.1 有限容积法及其分析软件
• 3.1.1 有限容积法（Finite Volume Method, FVM）
• 3.1.2 有限容积法分析软件FLUENT 介绍
• 3.2 模型边界条件设置
• 3.2.1 速度进口边界条件的设置
• 3.2.2 自由流出边界条件
• 3.2.3 固壁边界条件
• 3.2.4 对称边界条件
• 3.3 网格划分和求解设置
• 3.3.1 网格划分
• 3.3.2 fluent 求解设置
• 3.4 本章小结
• 第四章 集热管内传热数值模拟结果分析
• 4.1 模拟结果分析
• 4.1.1 内插管半径的影响
• 4.1.2 进口空气流速的影响
• 4.1.3 温差对对流换热的影响
• 4.1.4 太阳辐射的影响
• 4.2 集热管内阻力特性的分析
• 4.2.1 插管管径对能量损失的影响
• 4.2.2 流速对压力损失的影响
• 4.3 本章小结
• 总结和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢