直膨式太阳能集热器“Y”型流道单元的传热分析与结构优化

作     者：于洋 任玉斌 贾智旗 王关 王强 张孝德 张祥 YU Yang;REN Yubin;JIA Zhiqi;WANG Guan;WANG Qiang;ZHANG Xiaode;ZHANG Xiang

作者机构：西安科技大学机械工程学院西安710054 宁夏中昊银晨能源技术服务有限公司银川753400 

基　　金：陕西省秦创原科技创新专项项目(2021ZDZX-GY-0006) 

出 版 物：《真空科学与技术学报》 (Chinese Journal of Vacuum Science and Technology)

年 卷 期：2022年第42卷第7期

页      码：555-562页

摘      要：针对传统吹胀式集热器传热效率低下的问题,本文对“Y”型流道单元内的流动和传热特性进行数值模拟研究,选取集热器传热子单元的宽度、长度、流道分型角度与流道宽度4个参数作为调控变量,合理优化了流道单元的传热结构。以“Y”型流道单元为研究对象,利用Fluent软件建立了共轭传热有限元模型。通过数值模拟分析得出,在定义的长宽区间内,热效率随着传热单元长度的增加呈现先增大后减小的趋势,压降系数与单元长、宽值均呈负相关关系;而流道宽度与热效率呈正相关关系,与压降系数呈负相关关系。之后基于Box-Behnken原则设计了传热优化的响应面试验,对热效率和压降系数进行双目标优化,确定了最佳单元设计方案。优化结果表明,当传热流道的子单元长度为40 mm,宽度为35 mm,分型角度为60°,流道宽度为11 mm时,“Y”型流道的热效率为0.782,压降系数为0.121。最后,搭建了直膨式太阳能辅热系统对该方案进行了实验测试,实验结果表明,使用该“Y”型流道的集热器体现出更优的太阳能利用率,使系统的COP提高了15.2%。本研究为提高吹胀式集热器的传热效率,并对其他类型流道的设计和优化提供了参考。

主 题 词：吹胀式集热器 传热仿真 “Y”型流道 响应面试验 

学科分类：080703[080703] 08[工学] 0807[工学-电子信息类] 

D　O　I：10.13922/j.cnki.cjvst.202112008

馆 藏 号：203113754...