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泡沫金属平板式太阳能集热器传热性能的研究


泡 沫 金 属 平 板 式  太 阳能 集 热 器 传 热 性 能 的研 究  上 海海事 大 学商船 学 院 ■ 翟桂 珍  陈威  摘  要 :主要研 究泡沫金属对平板式太阳能集热器 内传热情况的影响。考虑 固体骨架与流体之 间的传  热 温差 , 建 立二 维 瞬态 局部 热不 平衡 的 能量 双方 程模 型 , 运 用数值 分析 的方 法求解 控 制方 程 。   分别研 究不 同泡沫金属块高度与孔隙率对太阳能集热器排管 内传 热的影响,并分析不 同情况  下 的J v “数、压降和综合节能性能。结果表明:与传统的平板 式太阳能集热器相 比,在集热器  排管 内填充泡沫金属能显著增强管 内传热 ;随着泡沫金属块高度 的增加和孔隙率 的减小 ,N u   数增大的同时压降也随之增大。在应用中,以节能性能因子对泡沫金属结构进行优化。   关键 词: 平板式太 阳能集热器 ;泡沫金属 ;数值模拟 ;泡沫金属高度 ;孔隙率  O 引 言  甲 板 式太 阳 能集 热器 因具 有 质 量好 、运 行 可  靠 、不 受建 筑 条 件 限制 、热 效 率 比真 空 管 高等 优  泡 沫 金 属 块 的平 扳 式太 『 5 u 能 集 热器 的推 广 和 应 川  提供 一定 指 导。   点而被』   ‘ 泛应用 。 目前,平板式太阳能集热器的  瞬时集热效率为 6 0 % ~7 3 %, 如何 进 一 步提 高太  能 利 用 率 一 直 是研 究 热 点 。泡 沫 金 属 是 一种 高  1物 理 数 学 模 型  1 . 1物理模型  泡 沫 金 属 平板 式太 阳能 集 热器 的 单个 排 管 结  孔 隙率 的特 殊 多 孔 介质 , 由固 体骨 架 和 空 隙组 成 ,   构如  1 所 示 ,包 括 玻 璃 板 、 太 阳 能吸 热 板 、焊  具有较 火的比表面积和低密度等特 点,在制造高  效传 热装 置 中 凸显 出潜 在 的应 用 价值 。在 太 阳 能  集 热 器 排 管 中填 充 泡沫 金 属 块 能 增 强流 体 与 壁 面  接在吸收板 内侧上壁面 的泡沫 金属块 、平行流体  通 道 、保 温 层 、集 热器 外 壳 。流 体 从左 端 进 口流  入 , 与吸热 板 和 泡 沫 金属 充 分 换 热 后 从右 端  口   流 出 。 排 管 管 长  为 1   m, 管 高  为 2 0   mm,   左 端 绝 热 上 壁 丽 长 度  、 泡 沫 金 属 块 K度  及  间 隔 长 度  均 为 6 0   mm。   端 绝热 I   擘  长度  , 的掺 混 、 增加 集 热 器排 管 内 的有 效 导热 系 数 , 以  及减少近壁面处流体滞止边界层厚度 ,从而增大  箭 内埘 流 传 热 系 数  。此 外 , 由于 集 热器 排 管 内  填 充 了泡 沫 余属 ,增 加 了流体 的流 动 阻 力 和所 需  泵 功 。通 过 在 平 板 式太 阳能 集 热器 中 间隔 分 段 填  充泡 沫 金 属 块 ,使 排 管 内传 热 得 以强化 的 同时减  为1 0 0   mm,泡 沫 金 属 块 高 度  为 5   mm。 泡  小流 动 阻力 的增 加 。本 文 针 对 集 热 器排 管 内泡 沫  会 属 区域 和非 泡 沫 金 属 区域 ,分 别 建 立传 热 与流  动 数 学 方 程 ,分 析 不 同泡沫 金 属 高度 和孔 隙率 对  集

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