一种无孔吸热平板型太阳能空气集热器制造技术

本发明专利技术公开了一种无孔吸热平板型太阳能空气集热器。通过对设置于吸热板上的作为强化传热元件的多重V形肋片进行结构优化，给出构成该多重V型肋片的单个V形件的最佳开口宽度，w＝C0+35×(H/H0‑1)‑12×(e/e0‑1)+2×(P/P0‑1)+9×(α/α0‑1)(式Ⅰ)。根据本发明专利技术可以得到基于不同空气通道及肋片高度、肋片节距和肋片迎角的能够提高无孔吸热平板型太阳能空气集热器的综合换热能力的最佳单个V形件的开口宽度，从而减少对环境的热损失，提高集热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种无孔吸热平板型太阳能空气集热器
本专利技术属于太阳能热利用
，具体涉及一种无孔吸热平板型太阳能空气集热器的肋片结构的优化。
技术介绍
太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源。太阳能空气集热器是以空气为集热工质将太阳的辐射能转换为热能的装置，多用于太阳能采暖和太阳能干燥方面。无孔吸热平板型太阳能空气集热器由壳体、透明盖板、吸热板和隔热层等部分组成。空气在吸热板和底板之间的矩形通道内流动。由于空气的传热能力较低，使得吸热板的温度较高，导致对环境的热损失较大。为了降低吸热板温度从而提高太阳能空气集热器的集热效率，可在空气通道侧的吸热板表面设置肋片，这不但可以加大传热面积，还可以因空气扰动的增强而提高对流换热系数。无孔吸热平板型太阳能空气集热器中采用的肋片形式有横肋片、斜肋片、V形肋片(通道宽度方向上只有一个V形件的肋片)和多重V形肋片(通道宽度方向上多个V形件连接而成的肋片)等，其中多重V形肋片的传热强化效果最佳。多重V形肋片可以在通道内生成多个螺旋形纵向旋涡，促进吸热板附近热流体与主流区冷流体之间的相互掺混，同时还在相邻肋片间的空间里生成二次旋涡，进一步促进吸热板附近流体的掺混。虽然多重V形肋片的强化传热效果要比单个V形肋片的好，但通道宽度方向的V形件个数并不是越多越好。当通道宽度方向的V形件个数增加时，在相邻肋片间重新发展起来的热边界层的长度会变小，这对传热是有利的；但通道宽度方向V形件个数增加时，旋涡的强度会下降，这对传热是不利的。在这些有利和不利因素的共同作用下，会出现一个使集热器的传热性能达到最高的通道宽度方向的V形件个数，即最佳V形件个数，以及与这个最佳V形件个数相对应的最佳单个V形件宽度。因此，采用多重V形肋片来强化集热器的传热时，除了要选择合适的肋片高度、节距、迎角等参数外，还要选择一个最佳的通道宽度方向的V形件个数，或者最佳单个V形件宽度。但目前文献中给出的最佳单个V形件宽度都是定值，不能满足集热器的最优设计要求。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种无孔吸热平板型太阳能空气集热器，通过对设置于吸热板上的作为强化传热元件的多重V形肋片进行结构优化，提高集热器的综合换热能力，从而减少对环境的热损失，提高集热效率。本专利技术的技术方案如下：一种无孔吸热平板型太阳能空气集热器，包括本体和透明盖板，所述本体为中空的无顶式框体结构，所述透明盖板设置在本体的上部，所述本体内设置吸热板，所述吸热板将本体分割为第一腔体和第二腔体，所述第二腔体的一端设置有进风口，另一端设置有出风口，所述吸热板的下表面上按一定的间隔固定设置有相互之间平行排列的多个肋片，作为集热介质的空气与肋片接触且沿着集热器的长度方向流动，所述肋片由多个V形件以首尾相接的方式沿着集热器的宽度方向相互连接延伸而成，所述V形件的开口宽度w如式Ⅰ所示：w＝C0+35×(H/H0-1)-12×(e/e0-1)+2×(P/P0-1)+9×(α/α0-1)(mm)(式Ⅰ)式Ⅰ中，H为吸热板下表面和第二腔体底板内壁之间的距离，e为V形件高度，P为肋片节距，α为迎角；H＝20～30mm，e＝1～3mm，P/e＝8～12，α＝30～45°，C0＝30～37.5，H0＝25mm，e0＝2mm，P0＝20mm，α0＝45°。在上述技术方案中，在式(Ⅰ)中，H＝25mm，e＝2mm，P/e＝10，α＝30°。在上述技术方案中，所述α为V形件的两分支之间的夹角的1/2。在上述所有技术方案中，所述第一腔体和第二腔体为相互独立的空间。在上述所有技术方案中，所述V形件的材质为导热金属材料。在上述所有技术方案中，所述V形件为等边V型，相同的多个V形件以首尾连接的方式沿着集热器的宽度方向相互连接延伸而形成一个肋片，每个肋片中的所有V形件在同一平面上，且每个肋片中的所有V形件的开口处端点都在同一条直线上，该直线与集热器侧壁垂直。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种在带有多重V形肋片的平板型太阳能空气集热器的设计中，能够得到较高集热器综合换热效果的肋片的设计方案，根据该方案能够得到对应于不同集热器结构(不同的空气通道规格等)及肋片高度，肋片节距和肋片迎角的最佳单个V形件的开口宽度，克服了目前文献给出的最佳单个V形件宽度都是定值，没有考虑到肋片及通道的其他几何参数对它的影响，不能满足集热器的最优设计要求的缺点。根据本专利技术可以得到基于不同空气通道及肋片高度、肋片节距和肋片迎角的能够提高无孔吸热平板型太阳能空气集热器的综合换热能力的最佳单个V形件的开口宽度，从而减少对环境的热损失，提高集热效率。附图说明图1为本专利技术的太阳能空气集热器的主视截面结构示意图；图2为本专利技术的太阳能空气集热器的侧视截面结构示意图；图3为本专利技术的太阳能空气集热器的仰视截面结构示意图；图4为本专利技术的太阳能空气集热器的计算模型；图5为本专利技术的太阳能空气集热器的吸热板表面的局部放大图；图6为对于平均努赛尔数和摩擦因子的网格无关性检验结果；图7为网格无关性检验中努塞尔数分布云图；图8为V形件宽度与肋片迎角对平均努塞尔数的影响；图9为V形件宽度与肋片迎角对摩擦因子的影响；图10为V形件宽度与肋片迎角对热工水力性能因子的影响；图11为H＝25mm，e/Dh＝0.043，P/e＝10和α＝45°时，努塞尔数分布云图；图12为H＝25mm，e/Dh＝0.043，P/e＝10和α＝45°时，不同的V形件宽度对努塞尔数分布的影响；图13为不同V形件宽度时的流线，其中图13(a)、(b)和(c)的通道宽度(w)分别为60.0mm、33.3mm和23.1mm；图14为不同肋片迎角对努塞尔数分布的影响；图15为不同肋片节距对热工水力性能因子的影响；图16为H＝25mm，e＝2mm，α＝45°，w＝37.5mm时，肋片节距对主旋涡节距的影响，其中图16(a)和(b)肋片节距分别为20mm和40mm；图17为肋片高度对热工水力性能因子的影响；图18为H＝25mm，P＝20mm，α＝45°，w＝37.5mm时，肋片高度对主旋涡节距的影响，其中，图18(a)和(b)的肋片高度分别为2mm和4mm；图19为通道高度对热工水力性能因子的影响；图20为P＝20mm，e＝2mm，α＝45°，w＝37.5mm时，通道高度对主旋涡节距的影响，其中，图20(a)和(b)的通道高度分别为20mm和25mm；符号标注：1、本体，2、透明盖板，3、吸热板，4、第一腔体，5、第二腔体、6、进风口，7、出风口，8、肋片，9、V形件。具体实施方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例1如图1～2所示，一种无孔吸热平板型太阳能空气集热器包括本体和透明盖板，所述本体为中空的无顶式框体结构，所述透明盖板设置在本体的上部，所述本体内设置吸热板，所述吸热板将本体分割为第一腔体和第二腔体，所述第二腔体的一端设置有进风口，另一端设置有出风口，所述吸热板的下表面上沿着集热器的长度方向按一定的间隔固定设置有相互之间平行排列的多个肋片，作为集热介质的空气与肋片接触且沿着集热器的长度方向流动，所述肋片由多个V形件以首尾相接的方式沿着集热器的宽度方向相互连接延伸而成。所述太阳能集热器除了透明盖板之外的外层需设置厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无孔吸热平板型太阳能空气集热器，包括本体和透明盖板，所述本体为中空的无顶式框体结构，所述透明盖板设置在本体的上部，所述本体内设置吸热板，所述吸热板将本体分割为第一腔体和第二腔体，所述第二腔体的一端设置有进风口，另一端设置有出风口，其特征在于，所述吸热板的下表面上按一定的间隔固定设置有相互之间平行排列的多个肋片，作为集热介质的空气与肋片接触且沿着集热器的长度方向流动，所述肋片由多个V形件以首尾相接的方式沿着集热器的宽度方向相互连接延伸而成，所述V形件的开口宽度w如式Ⅰ所示：w＝C0+35×(H/H0‑1)‑12×(e/e0‑1)+2×(P/P0‑1)+9×(α/α0‑1)(mm)    (式Ⅰ)式Ⅰ中，H为吸热板下表面和第二腔体底板内壁之间的距离，e为V形件高度，P为肋片节距，α为迎角；H＝20～30mm，e＝1～3mm，P/e＝8～12，α＝30～45°，C0＝30～37.5，H0＝25mm，e0＝2mm，P0＝20mm，α0＝45°。

【技术特征摘要】
1.一种无孔吸热平板型太阳能空气集热器，包括本体和透明盖板，所述本体为中空的无顶式框体结构，所述透明盖板设置在本体的上部，所述本体内设置吸热板，所述吸热板将本体分割为第一腔体和第二腔体，所述第二腔体的一端设置有进风口，另一端设置有出风口，其特征在于，所述吸热板的下表面上按一定的间隔固定设置有相互之间平行排列的多个肋片，作为集热介质的空气与肋片接触且沿着集热器的长度方向流动，所述肋片由多个V形件以首尾相接的方式沿着集热器的宽度方向相互连接延伸而成，所述V形件的开口宽度w如式Ⅰ所示：w＝C0+35×(H/H0-1)-12×(e/e0-1)+2×(P/P0-1)+9×(α/α0-1)(mm)(式Ⅰ)式Ⅰ中，H为吸热板下表面和第二腔体底板内壁之间的距离，e为V形件高度，P为肋片节距，α为迎角；H＝20～30mm，e＝1～3mm，P/e＝8～12，α＝30～...

【专利技术属性】
技术研发人员：金东旭，权生林，左建国，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21