太阳能烟囱强化自然通风实验研究.pdf

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太阳能烟囱强化自然通风实验研究李安桂1，郝彩侠2，张海平2太．阳能学报0引言1实验装置通讯作者：郝彩侠(19r78一)，女，助教，主要从事流体力学方面的研究。hnocaixia780729@163．㈣人们对太阳能烟囱进行了一定研究，在理论、实验方Gan【23用CFD数值模拟Trombe墙体结构，预测通风2000nlin，高度为1500ram，倾斜角为450时，空气流量仪等组成。其中烟囱壁面材料为导热系数小且绝缘的15ram厚的高密度板，壁面太阳辐射得热量由电S肌CA太阳能烟囱是热压作用下强化自然通风压头和风量的一种设备，它吸收太阳辐射热并将热能转化为动能，从而为空气流动提供浮升力。到目前为止，法、数值模拟领域中均取得了一定成果。BansalK[11建立数学模型确定了空气流量方程、温度方程、能量方程，得到空气的流量Q、温度乃的表达式。量随蓄热壁温度、高度、宽度、厚度以及太阳辐射强度的变化而改变。ChenD¨1通过实验研究烟囱强化自然通风，烟囱宽高比在1：15。2：5之间，在改变热流密度和辐射角度的条件下，得到宽度为是烟囱垂直情况下的145％等结论。本文通过实验研究太阳能烟囱自然通风效果，重点研究烟囱在不同通道宽度及太阳能辐射强度下产生的通风量，建立太阳能辐射强度、空气通道宽度与通风量之间的定性和定量关系以及不同太阳能辐射强度、空气通道宽度等因素对烟囱温度场、速度场的影响，从而为改善室内热压自然通风效果的太阳能烟囱设计及优化提供必要的依据。如图1所示，实验装置主要由矩形烟囱模型、电流表(IY26．A，量程为0—5A)、电压表(D26．V，量程为0。250V)、变压器(输出电压为0—250V)、热球风速加热膜提供。模型尺寸为：高2000min、长1000ram、宽度在400—1200ram之间变动。1．1实验系统运行描述把热膜切割为宽40ram、长2000ram的带状，将其均匀的粘贴在烟囱两个相邻壁面的内侧，壁面上的热膜均由导线串联连接，如图1所示。实验时，接通电源，使热膜均匀发热，模拟太阳光辐射热。待系统稳定后，由热球风速仪测定烟囱内部气流速度，同时第30卷第4期摘要：实验探讨了高2000ram，长1000ram的竖直集热板屋顶式太阳能烟囱模型，在改变宽度及热流密度的情况下，研究其诱导的空气量及内部空间气流温度场和速度场的变化。结果表明，在研究范围内自然通风量随烟囱宽度、热流密度的增加而增大，气流速度随热流密度的增加而增大，随烟囱宽度的增加而降低。气流温度及速度在烟囱热壁近壁面处高于其在远离壁面处，在热壁近壁处形成了温度和速度边界层。关键词：太阳能烟囱；自然通风；边界层中图分类号：TK519文献标识码：A图1实验装置不意图2009年4月Apf．，2009(1．西安建筑科技大学环境与市政工程学院，西安710055；2．河北建筑工程学院城市建设系，张家IZl0750'24)NZ收稿日期：2007-10-09基金项目：国家自然科学基金(No．502780"／5)；教育部高等学校博十点基金(教技发中-t：,i蚤[2004]196号)AICTAENERGIAESOLARIsv01．30．No．4Fig．1Schematicviewaftheexperimentalde啊ce
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ch吣is2数据对比分析冬盖heated讪西=土∑ui；A——太阳能烟囱通道截面积，m2；——●一W--400nan——●Hr=1000nan为使烟囱具有一定的抽吸作用，将其入口高度放置于距离地面500nan处，热壁外侧敷设50mm厚0．2。C铜．镰铜热电偶埋设在沟槽内，小壁面上均匀布置9个热电偶(如图2)，大壁面上布置12个热电偶，保证在每个通道中存在3个，以便准确测量壁温。烟囱内部空间点的温度同样由铜一镰铜热电偶所示)，通过移动细绳可测量烟囱内部多个空间点的心．2．11lennotxmples阴彻利on5％满量程。由于烟囱入口处气流速度分布不均匀，出口处有明显的回流现象，并且回流区的大小会随高度的中部区域，内部气流速度受烟囱入口紊流和出口回流影响较小，速度分布较均匀，基本上和烟囱头放置于距太阳能烟囱入口处高度为1000mm的地向上移动探头，测得距离烟囱入口处高度为1000nan的截面上任何点的气流流动速度(如图1)。本文讨论了竖直集热板屋顶式太阳能烟囱在通流密度分别为200、300、400W／m2时，烟囱所诱导的空气量及其内部温度场、速度场的变化情况。太阳能烟囱诱导的自然通风量是通过测定通道公式(1)计算出来的。式中，肘——自然通风量，kg，8；西——平均速度，m／s，lD——空气密度，设定参考密度为1．205kg／m3。由图3可知，烟囱诱导的自然通风量与热流密阳辐射得热使得烟囱通道内外空气产生密度差，形成所谓的“烟囱效应”。太阳辐射强度