高效太陽(yáng)能空氣集熱器的研究

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1、第30卷第1期太陽(yáng)能學(xué)報(bào)Vo1．30．N0．12O09年1月ACTAENERGIAES0LALEUSSINICAJan．，20o9文章編號(hào)：0254-0o96(20o9)0l-0o61·o3高效太陽(yáng)能空氣集熱器的研究張東峰，陳曉峰(寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，銀川75O021)摘要：為制作和運(yùn)輸方便，太陽(yáng)能空氣集熱器采用單元制作、現(xiàn)場(chǎng)安裝的方案。利用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法得出太陽(yáng)能空氣集熱器的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)合集熱器的使用性和加工工藝性，選擇集熱器單元的結(jié)構(gòu)尺寸和制作用料，提高集熱器的熱效率、降低制作成本。經(jīng)對(duì)樣機(jī)使用表明，該太陽(yáng)能空氣集熱器安裝方便、造價(jià)便宜，

2、能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)干燥作業(yè)提供綠色能源。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；空氣集熱器；單元中圖分類(lèi)號(hào)：11<513文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)，利用ANsYs軟件的參數(shù)化分O引言析和計(jì)算語(yǔ)言APDL，對(duì)給定外型尺寸的太陽(yáng)能空氣我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，干燥作業(yè)是農(nóng)副產(chǎn)品加集熱器進(jìn)行參數(shù)化建模，同時(shí)利用APDL語(yǔ)言的計(jì)工過(guò)程中的一個(gè)必要環(huán)節(jié)，且耗能巨大。干燥作業(yè)算控制和結(jié)果提取功能以及循環(huán)迭代算法，模擬計(jì)基本上是以干燥的空氣作為熱載體，若采用太陽(yáng)能算出太陽(yáng)能空氣集熱器不同形式下的溫度場(chǎng)，最后水集熱器，則需要進(jìn)行能量的二次轉(zhuǎn)移，即先將水加得到使太陽(yáng)能空氣集熱器出口溫度達(dá)到最大時(shí)的

3、構(gòu)熱，再由熱水將空氣加熱，這將增加設(shè)備投資且降低造形式，最終提取出其最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。熱效率。最佳方案是用太陽(yáng)能空氣集熱器直接將太1．2太陽(yáng)能空氣集熱器的定型設(shè)計(jì)陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，儲(chǔ)存在空氣中使空氣溫度升高，用1．2．1空氣集熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)熱空氣進(jìn)行干燥作業(yè)。我國(guó)市場(chǎng)上沒(méi)有成型的太陽(yáng)1)首先設(shè)計(jì)制作小型集熱器模型，并對(duì)其進(jìn)行能空氣集熱器產(chǎn)品，國(guó)家也沒(méi)有關(guān)于太陽(yáng)能空氣集有限元分析；經(jīng)優(yōu)化處理，最后確定空氣集熱器的基熱器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)企業(yè)是根據(jù)需要量身訂做。本結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的太陽(yáng)能設(shè)備大都比較簡(jiǎn)陋，其中最主要的原因是設(shè)備制造成本太高。因此，

4、研制開(kāi)發(fā)熱效率高、造價(jià)低廉、安裝方便、便于大批量生產(chǎn)的太陽(yáng)集熱器，對(duì)于將太陽(yáng)能利用于干燥作業(yè)有重要意義。1太陽(yáng)能空氣集熱器的設(shè)計(jì)1．1總體設(shè)計(jì)方案經(jīng)查閱資料，分析對(duì)比，最后確定空氣集熱器采圖1小型集熱器模型的基本結(jié)構(gòu)Fig．1Basicstmcture0fthesmallcoUect0rmodel用平板式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)便于安裝，有利于降低制造2)考慮到一般太陽(yáng)能空氣集熱器的使用面積均成本。很大，為便于運(yùn)輸和安裝，設(shè)計(jì)采用單元制作，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定結(jié)構(gòu)參數(shù)，合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)拼裝。將有助于提高太陽(yáng)能空氣集熱器的熱效率。這一過(guò)太陽(yáng)能空氣集熱器單元由空腹鋼

5、窗料和角鋼焊程是采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法完成的。具體做法為：通過(guò)收稿日期：2O07—o7—07通訊作者：張東峰(1968一)，男，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的研究。f1967@l63．c一62太陽(yáng)能學(xué)報(bào)30卷接成矩形框架，單元與單元間采用插件連接。集熱收吸熱面的對(duì)流和輻射損失，面蓋性能決定溫室效器單元尺寸的確定應(yīng)考慮三方面因素：一是應(yīng)考慮應(yīng)的強(qiáng)弱。首次采用了聚碳酸脂制成的中空板最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是應(yīng)考慮制作用料的尺寸。單元(Pc)——陽(yáng)光板。陽(yáng)光板重量輕，約為同厚度玻璃制作所用的材料都是市場(chǎng)出售的型材，都有規(guī)定的的1／12，搬運(yùn)、安裝非常方便，同時(shí)也可以有

6、效節(jié)約外形尺寸，結(jié)合其尺寸，能有效提高材料使用率，減構(gòu)架和安裝成本；P(=中空板具有良好的隔熱性能，少加工量；三是應(yīng)考慮單元搬運(yùn)和現(xiàn)場(chǎng)安裝的方便能夠有效地阻止室內(nèi)外熱量的傳導(dǎo)，保持室內(nèi)溫度性，這就要求單元不能太大。綜合以卜因素，最終確均衡，是現(xiàn)代溫室的理想采光覆蓋材料。國(guó)內(nèi)自9o定單元的設(shè)計(jì)尺寸為：4．2m(長(zhǎng))×2m(寬)×0．2m年代初開(kāi)始應(yīng)用中空陽(yáng)光板(又稱不碎玻璃)以來(lái)，(高)，單元面積8．4In2。隨著高科技的牛產(chǎn)工藝生產(chǎn)出綜合性能極佳的產(chǎn)3)單元制作時(shí)先不安裝透明蓋板，等現(xiàn)場(chǎng)拼裝品，價(jià)格下降幅度較大，其應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛。后再安裝。安裝透明

7、蓋板時(shí)一定要注意密封，密封陽(yáng)光板的主要技術(shù)參數(shù)：沖擊強(qiáng)度(J／m)：85O；性將直接影響集熱器的熱效率。一般采用鋁合金壓透光率(％)：88；比重(g／cm3)：1．2；熱膨脹系數(shù)(mrn，條定位、玻璃膠密封。(m·C(=))：0．065；可耐溫度(℃)：一4o℃～+120℃；圖2為太陽(yáng)能空氣集熱器單元結(jié)構(gòu)圖，圖3為傳熱系數(shù)(w／(·c【=))：2．3～3．9；抗拉強(qiáng)度(N／用單元拼裝的太陽(yáng)能空氣集熱器。znm)：≥60；比熱(kJ／(kg·K))：1．17；熱變形溫度(℃)：140。②吸熱面。可由各種金屬或非金屬材料制造，表面涂黑，能充分吸收入射的

8、太陽(yáng)能，并傳給通過(guò)其中的工作流體。要使表面涂層達(dá)到既有高的太陽(yáng)吸頭收比又有低的發(fā)射率，使其盡可能多地吸收太陽(yáng)輻射能，減少吸