【摘 要】
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在当今社会,更多使用绿色、清洁能源已经成为一种必然的趋势。太阳能由于具有绿色、低成本和可再生的特点,被广泛认为是所有可再生能源中最具竞争力的替代能源之一。同时,电力是满足人类基本需求和多层面物质经济增长的关键基础。将传统工厂发电技术与太阳能利用技术相结合是目前的一个研究热点。抛物线槽式太阳能集热技术由于热量易储存、利用土地合理的优点,是当前应用最广泛的太阳能集热技术。本文从集热器结构优化方面着手,
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在当今社会,更多使用绿色、清洁能源已经成为一种必然的趋势。太阳能由于具有绿色、低成本和可再生的特点,被广泛认为是所有可再生能源中最具竞争力的替代能源之一。同时,电力是满足人类基本需求和多层面物质经济增长的关键基础。将传统工厂发电技术与太阳能利用技术相结合是目前的一个研究热点。抛物线槽式太阳能集热技术由于热量易储存、利用土地合理的优点,是当前应用最广泛的太阳能集热技术。本文从集热器结构优化方面着手,通过在太阳能金属集热管内插入扭曲椭圆管来提高太阳能集热器的换热效率。本次研究首先建立物理及数学模型,对其划分了网格,用c语言编写了壁面变化的热流密度边界条件,并用Fluent中的UDF功能加载到边界条件上,然后用Fluent软件数值模拟了不同参数的太阳能集热管。研究表明太阳能集热管内插入扭曲椭圆管的尺寸、偏心距、短长轴比和扭转比对太阳能集热管内流动和传热有显著影响。得到结论如下:（1）插入了扭曲椭圆管的太阳能集热器的温度场和速度场具有明显的扭曲变形,有明显与主流向垂直的二次流,集热管内的湍流强度明显增加,降低了边界层,提高了传热效率。（2）随着扭曲椭圆管长轴a和短轴b的增大,换热效果变好,集热管管壁和传热流体区域的最大温差和温度分布的不均匀性显著降低,Nu随之增加,Re=10000时,b=15的Nu相比普通太阳能集热管可以增加67%。在Re=10000,b=15时,PEC可得到最大值1.02。（3）随着扭曲椭圆管不断靠近集热管下方,集热管管壁和传热流体区域的最大温差和温度分布的不均匀性显著降低,随着扭曲椭圆管偏心距H的减小,Nu随之增长,H=-8时Nu相比普通太阳能集热管增加了58%。H=-8和H=8时阻力系数最大。当扭曲椭圆管靠近热流密度高的区域,但不过于靠近管壁,在Re=10000,H=-4时,PEC最大可达到0.953。（4）随着扭曲椭圆管短长轴比e的减小,二次流流速增大,热边界层变薄,集热管管壁和传热流体区域的最大温差和温度分布的不均匀性显著降低。随着扭曲椭圆管e的减小,Nu均匀增长,在Re=10000,e=0.3时Nu可以增加约67%。PEC随着e的减小而增加,在Re=10000,e=0.3时,PEC=1.01,得到最大值。（5）随着扭曲椭圆管扭转比s的减小,二次流量随之增加,湍流强度增大,热边界层变薄,集热管管壁和传热流体区域的最大温差和分布的不均匀性显著降低,当s=4时,Nu增加最多,约47%。当s=10时,在Re=10000的情况下,PEC得到最大值为1.04。（6）根据这些规律,提出一种相对最优参数,在Re=10000时,PEC最大值可以达到约1.18。（7）与之前发表过的文章对比,研究结果换热效果较好,且适用于高雷诺数。并对研究规律拟合了关联式。
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