摘要
太阳能空气集热器可以将太阳辐射能转化为热能，广泛应用于供暖、农作物干燥等领域。但目前太阳能的利用率依然偏低，集热器的热性能提升仍有很大空间。因此，如何改善集热器的热性能对进一步提高太阳能利用率、实现节能和低碳减排有重要意义。基于集热器现有的研究基础，为改善集热器的热性能，本文提出了一种利用反向射流强化换热的无盖板太阳能空气集热器。 首先，为了研究集热器的基本流动特性和传热特性，本文建立了模型、设置相关参数对集热器进行仿真计算，仿真结果显示U型管这一结构能有效创造反向射流冲击集热板，然后贴附集热板流动一段距离最后流向出口，无论是射流单元还是集热器整体，内部流动性皆良好，射流效应明显。 其次，本文采用了响应面法和仿真结合的方式对射流单元的结构参数进行优化，响应面法的拟合数据显示，射流单元U型管的管径和入口压力对面平均努赛尔数的影响更大，而U型管出口和集热板的距离对换热强度影响较小，最终得到射流单元参数的优化结果：管径D=25mm，入口压力P=90Pa，U型管和集热板间距S=70mm。然后根据优化结果建立了整体模型，并通过仿真计算研究了运行参数对集热器的影响，并得到了运行参数和集热器热性能变化的相关规律。 最后，为了探究集热器在真实气象环境下的热性能，通过搭建实验台对本文集热器热性能进行了实验探究。实验结果表明，反向冲击射流的冷却效果能有效降低集热器表面温度，形成覆盖集热板大部分区域的低温区，且温度分布相对均匀，有助于降低集热器的热损失，在真实气象条件下，本集热器在夏季典型工作日的平均集热效率可达80%，而冬季典型工作日的集热效率仅为45%，冬季运行效果仍存在较大改进空间。本文的研究为无盖板太阳能集热器设计和性能优化提供了新的思路。
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