第31卷第11期2010年11月东北大学学报(自然科学版)JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Vol 31,No.11Nov. 2010

全玻璃真空管太阳能热水器的季节性能

李宝宽,宋 杨,ShonhiwaChipo,王 芳

(东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳 110004)

摘 要:采用商业软件Fluent建立了全玻璃真空集太阳能热水器流场和温度场的计算模型,并引入使用者定义函数(UDF)分析了全玻璃真空管太阳能热水器四季的性能 考虑了太阳的日运动和季节性运动对太阳入射角和投射在真空管集热器上的太阳辐射量的影响 通过与实验对比,发现数值模拟结果与实验结果具有较好的拟合性 结果表明:水温夏季升高速率快,冬季速率慢,同时在春季、夏季和秋季,热水输出足以满足生活用热水的需求 该结果可作为继续研究设计冬季里产生较高温度热水的新系统的基础 关 键 词:Fluent;UDF;太阳能热水器;太阳入射角;季节性能

中图分类号:TK515 文献标志码:A 文章编号:1005 3026(2010)11 1586 04

SeasonalPerformanceofWater in GlassEvacuatedTubes

LIBao kuan,SONGYang,SHONHIWAChipo,WANGFang

(SchoolofMaterials&Metallurgy,NortheasternUniversity,Shenyang110004,China.Correspondent:LIBao kuan,E mail:lbk6382@163.com)

Abstract:Acomputationalmodelofwater in glassevacuatedsolarheaterwasdevelopedthroughthecommercialsoftwareFluent,andtheUDFwasintroducedtoanalyzetheperformanceoftheheaterwithallthefourseasonsconsidered.Intheanalysistheeffectsoftheapparentdaily/seasonalmovementofthesunontheangleofincidenceandofthequantityofradiationontheevacuatedtubecollectorwerebothtakenintoaccount.Comparedwiththeexperimentresults,thenumericalsimulationresultsshowedthegoodnessoffit.Aconclusionwasthereforedrawnthatthewatertemperatureincreasesquicklyinsummerbutslowlyinwinterandthatthehotwatersuppliedinthiswaycanmeetfullythehouseholdrequirementsofhotwaterinsummer,springorautumn.Afoundationisthenlaiddownforfurtherstudytodesignanewsystemforsupplyingthewaterathighertemperaturesevenifinwinter.

Keywords:Fluent;UDF(user definedfunction);solarwaterheater;angleofincidence;seasonalperformance

全玻璃真空管太阳能集热器由于集热效率高、价格较低而在太阳能热利用领域得到了广泛应用 全玻璃真空管集热器的热性能数值模拟目前已有研究 中科院工程热物理研究所王志峰教授对空气集热器管内流动与换热进行了数值模拟 Morrison等[2-3]研究了全玻璃真空管太阳能热水器的性能,利用Fluent分析45 倾角的单端开口热虹吸管内的流动 Budihardjo等[4]对安装在散射反射器上单端开口全玻璃真空管内自然循环的流速进行了数值模拟和实验研究 Budihardjo和Morrison等

[5]

[1]

并在TRNSYS中开发了一个数值模型,此模型用于预测全玻璃真空管太阳能热水器的长期性能 Han等[6]用三维模型研究了全玻璃真空管太阳能热水器的热性能 以上研究均没有考虑太阳的日运动,假定真空管接受均匀的太阳辐射 Kim和Seo[7]对不同形状吸热面的真空管的热性能进行了实验和数值研究,为获得更接近于实际情况的结果,将散射和邻近管的阴影考虑在内,他们观察到太阳能集热器的性能受吸热管形状、太阳辐射入射角和集热管布置的影响

本文对太阳能热水器内的空间和暂态温度分

通过实验得出系统组分的特性,

收稿日期:2010-02-26

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50904014)

作者简介:李宝宽(1963-),男,辽宁辽阳人,东北大学教授