温室双集热管多曲面槽式空气集热器模型构建与应用

发布时间：2021-06-24 02:55

　　为定量分析并预测复杂多变的室外工况对双集热管多曲面槽式空气集热器热工性能的影响,该研究针对双集热管多曲面槽式空气集热器结构及光学性能,结合能量守恒理论分析其传热过程,采用有限元及集总参数法建立其数学模型,并通过搭建双管集热器热性能测试平台和北京地区实际温室系统验证其有效性。结果表明:无论双管集热器反射槽体外是否贴附保温层,其数学模型的平均绝对误差为±0.9℃,平均相对误差为3.7%,误差分析指数IA（Indexof Agreement）可达0.994;对于北京地区实际工程中的16 m双集热管多曲面槽式空气集热器串联集热系统,其数学模型能够较为准确的给出不同室外工况及不同串联长度的集热系统出口空气温度,其平均绝对误差为±（1.3～2.7）℃,平均相对误差为5.4%～7.0%,误差分析指数IA为0.988～0.994。该模型为指导太阳能空气集热器在日光温室中的最优配置及其运行策略提供方法手段及技术参考。 

【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(14)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

图1 双管集热器结构示意图

式中ηop为槽式空气集热器的光学效率；τc为玻璃盖板的透过率；τg为集热管的玻璃管壁的透过率；αa为集热筛网管吸收率；ρr为反射槽体反射率；C为双管集热器汇聚率；Ac为玻璃盖板面积，m2;Aa为吸收器面积，m2;B为玻璃盖板宽度，m;da为集热筛网管半径，m;p为间隙损耗系数；g为间隙厚度，在文献中常取0.01 m;ra为双管集热器集热筛网管直径，m。相比文献[19]介绍的带有阵列式热管的槽式空气集热器，虽然该集热器的光学效率可达0.656，但双管集热器占地面积小，能够安装至温室北墙上，并不遮挡后排温室。该集热器造价为540元/m，与目前平板集热器造价相近。文献[18]通过试验证明，双管集热器的集热量比同类单管集热器提高了16%，且在冬季无跟踪条件下，其集热效率可达44%～52%，比同类单管集热器提高了9%。

图3为双管集热器的物理模型。如图3所示，采用有限元的分析方法将双管集热器沿长度方向进行分割，每段双管集热器的长度为dx。对于每一微元段的双管集热器，室外太阳光透过其玻璃盖板后，经反射槽体反射汇聚或直接照射在集热管的玻璃管壁，然后透过集热管的玻璃管壁被集热管内的集热筛网管吸收。被集热管内的集热筛网管吸收的太阳能通过强迫对流换热转化为集热管内空气的内能。然而一部分空气的内能又通过集热管的玻璃管壁、反射槽体及玻璃盖板散失至室外。因此，在寒冷地区，可以通过在反射槽体外贴附保温层来减少集热器内部集热量向室外散失。图4为多曲面反射槽体外有无保温层时的截面对比。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3246215