平板太阳能集热器传热性能的(火积)理论优化

平板太阳能集热器是太阳能热利用系统中常见的核心部件, 其传热性能的优化对于提高能源利用效率具有重要意义. 现有平板集热器大多采用厚度均匀的金属吸热板来吸收太阳辐射, 将理论应用于吸热板导热过程的分析, 在吸热板材料总体积一定的前提下对其厚度布局作优化设计, 使其传热性能最优. 首先, 从理论上建立了吸热板集热性能与损失之间的对应关系, 进而提出集热器性能优化的约束极值问题, 并利用变分方法从理论上得到温度梯度场均匀的优化准则. 最后, 根据优化准则, 通过数值模拟的方法对吸热板的厚度布局作优化设计. 模拟结果显示, 当太阳辐射强度为800 W/m2、环境温度为300 K、风速为3 m/s时, 优化后的集热器效率比优化前提高8.8%, 等效节省铜材达30%. 将风速为3 m/s时的优化厚度布局在不同风速条件下作传热性能分析, 其集热效率与均匀厚度吸热板相比亦有明显提高.