研究目的
建立数值模型并评估采用金属多孔基质的太阳能空气加热器的热力行为,以增强传热效率。
研究成果
该数值模型准确模拟了具有多孔基体的双通太阳能集热器的热行为,显示出比无基体集热器更高的效率。建议采用约90%的孔隙率以实现最佳性能,热效率可提升高达20%。该模型对设计高效太阳能空气加热器具有重要价值。
研究不足
该模型假设了一维流动、空气为理想气体以及均匀孔隙率等特定条件。实验验证仅限于晴朗天空条件和特定地理位置。多孔介质中辐射的视角因子采用了近似处理,这可能会引入误差。
1:实验设计与方法选择:
基于体积单元离散化的能量平衡方程,采用高斯-赛德尔迭代法求解,建立了瞬态数值模型。多孔介质通过平均纤维束几何建模以确定孔隙率,以及传导、对流和辐射传热的有效面积。
2:样本选择与数据来源:
使用2015年冬季在阿根廷萨尔塔测试的原型太阳能集热器数据进行验证。气象数据(环境温度、太阳辐照度)由气象站测量,集热器参数(温度、压降)由专用仪器测量。
3:实验设备与材料清单:
K型热电偶用于温度测量,HOBO H21气象站用于气象数据,TSI风速仪用于空气流速,Testo 510i电子微压计用于压降测量。集热器材料包括镀锌铁吸热板、聚碳酸酯透明盖板、钢屑多孔介质、玻璃棉保温层。
4:实验流程与操作步骤:
集热器构建时使多孔介质与吸热板接触。在晴空条件下进行测试,采用轴流风机强制空气循环。采集不同空气质量流量下的进出口空气温度、太阳辐照度和压降数据。
5:数据分析方法:
采用相对均方根误差(RRMSE)比较模拟值与实测值?;谀芰科胶夂脱菇倒亓郊扑闳刃视肴攘π?。
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differential pressure gauge
Testo 510i
Testo
Measuring pressure drop between the inlet and outlet of the collector.
-
thermocouple
K-type
Measuring air inlet and outlet temperatures in the solar collector.
-
weather station
HOBO H21
HOBO
Measuring meteorological variables such as ambient temperature and solar irradiance.
-
anemometer
TSI
Measuring air circulation velocity.
-
axial fan
Circulating air through the collector by suction to uniformize flow.
-
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