真空管空氣集熱器陣列風(fēng)量分布的數(shù)值模擬

1 概述

許多學(xué)者對(duì)熱水集熱器(文中的集熱器均指太陽(yáng)能集熱器)流量分布和熱特性進(jìn)行了研究，Jones等人

研究了熱水集熱器內(nèi)等溫流動(dòng)分布，建立了系統(tǒng)離散水動(dòng)力模型，對(duì)不同參數(shù)下熱水集熱器的流量分布進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并對(duì)模型準(zhǔn)確性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。Shen

研究了熱水集熱器分流集管、匯流集管中沿程阻力對(duì)流動(dòng)分布的影響，得到了解析解。別玉等人

建立了太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)能量守恒模型，提出使熱水集熱器內(nèi)部流量分布更加均勻的改進(jìn)措施和算法，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了誤差分析。楊浩等人

分析了熱水集熱器集管流量不均勻問(wèn)題，建立了描述系統(tǒng)流量分布、流動(dòng)壓力分布的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值模擬得到了太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)流量分布的變化規(guī)律。

在真空管空氣集熱器的研究中，于瑞

對(duì)相變蓄熱型真空管空氣集熱器的風(fēng)機(jī)、風(fēng)管進(jìn)行常溫狀態(tài)下阻力計(jì)算，未考慮溫度影響。石月明

設(shè)計(jì)了內(nèi)插式真空管空氣集熱器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)集熱器的流動(dòng)阻力損失、步進(jìn)式升溫規(guī)律、集熱效率等進(jìn)行了測(cè)量，確定了最佳內(nèi)插管尺寸。Zhang等人

對(duì)帶和不帶熱罩的同軸直流式真空管空氣集熱器的抽熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)和對(duì)比分析。王志峰等人

對(duì)真空管空氣集熱器的熱延遲常數(shù)、時(shí)間常數(shù)等進(jìn)行了分析，提出了一種適用于有固定支架的集熱器熱性能的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法。

由以上分析可知，與熱水集熱器相比，對(duì)真空管空氣集熱器的阻力特性研究比較欠缺。當(dāng)真空管空氣集熱系統(tǒng)在流量分配差異較大時(shí)，除了易導(dǎo)致集熱器阻力不平衡，使系統(tǒng)阻力設(shè)計(jì)和選型復(fù)雜外，還易導(dǎo)致系統(tǒng)某一支路風(fēng)量比較小，造成局部高溫，甚至損壞設(shè)備。本文以真空管空氣集熱器陣列為研究對(duì)象，采用控制變量法，數(shù)值模擬研究進(jìn)風(fēng)量、干管內(nèi)直徑、各列集熱器串聯(lián)數(shù)量、太陽(yáng)輻照度、進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)各列集熱器風(fēng)量分布的影響。

水利工程概（估）算編制規(guī)定涉及的專業(yè)及內(nèi)容較多，不可能考慮到概（估）算編制過(guò)程遇到的所有情況，提出上述問(wèn)題及思考，目的是希望盡快發(fā)布新的“編規(guī)”，新“編規(guī)”應(yīng)盡量地覆蓋到各類水利工程，盡可能全面、完善、準(zhǔn)確、清楚，最大限度地滿足概（估）算和工程量清單計(jì)價(jià)的需要，達(dá)到指導(dǎo)項(xiàng)目決策和投資控制的作用。

（3）漳河水利經(jīng)濟(jì)管理創(chuàng)新情況。一是實(shí)行崗位競(jìng)爭(zhēng)，完善用人機(jī)制。各企業(yè)在人事管理中，對(duì)重要崗位和關(guān)鍵崗位實(shí)行崗位競(jìng)爭(zhēng)，激發(fā)了廣大職工堅(jiān)持加強(qiáng)自身學(xué)習(xí)，不斷提高自身技能和水平，從而成為實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值的內(nèi)在動(dòng)力。二是實(shí)行分配改革，完善激勵(lì)機(jī)制。各生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位實(shí)行效益工資，職工收入分配總額與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位主營(yíng)業(yè)務(wù)收入、利潤(rùn)、資本保值增值率、資產(chǎn)負(fù)債率、收入變現(xiàn)率、上交款項(xiàng)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)掛鉤，根據(jù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)完成情況確定，收入分配總額隨各項(xiàng)指標(biāo)增減率浮動(dòng)。

2 數(shù)學(xué)模型與研究對(duì)象

① 數(shù)學(xué)模型

② 研究對(duì)象

為獲得較高的出口溫度，并保證集熱器集熱效率以及各路徑風(fēng)量較為均衡，真空管空氣集熱器采用串并聯(lián)方式(即將若干集熱器串聯(lián)后，再與下一列串聯(lián)集熱器并聯(lián))。以3×3為例的集熱器陣列見(jiàn)圖2。圖中紅色線條代表干管。

邊界條件：初始時(shí)刻，分流集管進(jìn)口處?kù)o壓為設(shè)定初始?jí)毫?本文根據(jù)集熱器進(jìn)風(fēng)量、進(jìn)風(fēng)溫度確定初始?jí)毫?，分流集管進(jìn)口處流速為設(shè)定初始流速。初始時(shí)刻，分流集管末端不存在流體渦流，流體流速為0。初始時(shí)刻，匯流集管的流體流速為0。摩擦阻力系數(shù)、局部阻力系數(shù)由文獻(xiàn)[14]的計(jì)算方法獲得。由能量方程、連續(xù)性方程、邊界條件構(gòu)成真空管空氣集熱器離散化數(shù)學(xué)模型，通過(guò)Matlab編制程序建立和計(jì)算。

根據(jù)文獻(xiàn)[12]、[13]的研究結(jié)果，熱水集熱器可視為多支管并聯(lián)管組，根據(jù)類比，真空管空氣集熱器可視為由分流集管、匯流集管、多根集熱管組成的并聯(lián)管組。

真空管空氣集熱器模型見(jiàn)圖1。集熱器內(nèi)的空氣流動(dòng)主要包含5部分：空氣在兩相鄰集熱管間的分流集管管段處流動(dòng)、空氣在集熱管與分流集管交匯處流動(dòng)、空氣在集熱管中流動(dòng)、空氣在集熱管與匯流集管交匯處流動(dòng)、空氣在兩相鄰集熱管間的匯流集管管段處流動(dòng)。將圖1中的微元體作為研究對(duì)象的能量方程、連續(xù)性方程見(jiàn)文獻(xiàn)[13]。

單個(gè)集熱器的面積為4.86 m

，與水平面夾角為35°。分流集管、匯流集管內(nèi)直徑均為110 mm，二者中心線間距為1.88 m。集熱管總長(zhǎng)1.8 m，集熱管數(shù)30根，外直徑為58 mm，內(nèi)直徑為47 mm。集熱器陣列為10列。研究進(jìn)風(fēng)量、干管內(nèi)直徑、集熱器串聯(lián)數(shù)量、太陽(yáng)輻照度、進(jìn)風(fēng)溫度(即環(huán)境溫度)對(duì)各列集熱器風(fēng)量分布的影響。影響因素與取值見(jiàn)表1。

（2）奉新縣城處于生態(tài)特色發(fā)展區(qū)和環(huán)城游憩帶，當(dāng)?shù)貧v史文化資源豐富，附近有重點(diǎn)建設(shè)的九嶺山國(guó)家公園，橫向包括滬昆和昌景黃客運(yùn)專線，交通便利，吸引游客，適合發(fā)展全域生態(tài)旅游。

3 模擬結(jié)果及分析

① 進(jìn)風(fēng)量

ABB矢志與全中國(guó)的客戶一起共創(chuàng)數(shù)字化未來(lái)，扎根中國(guó)，在中國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展中扮演了重要角色，同時(shí)一直致力于科技創(chuàng)新領(lǐng)域的推廣和投資。ABB集團(tuán)首席執(zhí)行官史畢福表示，“今天，我們運(yùn)用領(lǐng)先的ABB Ability?數(shù)字化解決方案和服務(wù)，幫助能源、工業(yè)、交通與基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的客戶充分發(fā)掘大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)來(lái)提升生產(chǎn)力，增強(qiáng)創(chuàng)新力，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力。自去年在中國(guó)發(fā)布ABB Ability?以來(lái)，我們的數(shù)字化業(yè)務(wù)已實(shí)現(xiàn)雙位增長(zhǎng)，完美契合中國(guó)十三五計(jì)劃和中國(guó)制造2025中謀劃的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。”

干管內(nèi)直徑為200 mm，各列集熱器串聯(lián)數(shù)量為3臺(tái)，太陽(yáng)輻照度為800 W/m

，進(jìn)風(fēng)溫度為10 ℃。不同進(jìn)風(fēng)量下各列風(fēng)量比例(與進(jìn)風(fēng)量之比)見(jiàn)圖3。由圖3可知，不同進(jìn)風(fēng)量下，1～10列風(fēng)量比例均先減小后增大，不僅變化趨勢(shì)相似，而且數(shù)值也接近。進(jìn)風(fēng)量對(duì)各列風(fēng)量分布的影響不明顯。

② 干管內(nèi)直徑

選用New Focus公司的可調(diào)諧激光器作為激光光源,該激光器具有優(yōu)越的光學(xué)特性,1 520 nm～1 570 nm 連續(xù)可調(diào),可以滿足對(duì)平面環(huán)形微腔傳輸特性的測(cè)試。如圖8所示,將激光器與可調(diào)諧激光控制器配合使用,作為系統(tǒng)輸入光源,設(shè)定掃描范圍為1 520 nm～1 570 nm,為提高測(cè)試精度,將掃描步長(zhǎng)設(shè)置為0.1 nm/s。

干管內(nèi)直徑為200 mm，進(jìn)風(fēng)量為0.4 kg/s，各列集熱器串聯(lián)數(shù)量為3臺(tái)，進(jìn)風(fēng)溫度為10 ℃。不同太陽(yáng)輻照度下各列風(fēng)量見(jiàn)圖6。由圖6可知，不同太陽(yáng)輻照度下，1～10列風(fēng)量均先減小后增大，不僅變化趨勢(shì)相似，而且數(shù)值也接近。太陽(yáng)輻照度對(duì)各列風(fēng)量分布的影響不明顯。

該方案也是目前的主流控制方式，具體的實(shí)際案例非常多，如海口Ⅰ（2×600 t/d）、株洲（2×500t/d）、哈爾濱（2×600t/d）、海口Ⅱ （2×600t/d）、珠海 （2×600 t/d）、蕪湖 （2×600 t/d）、石家莊（1×825 t/d）、寧波（3×750 t/d） 等項(xiàng)目。以上項(xiàng)目均已長(zhǎng)期投入運(yùn)行。

④ 太陽(yáng)輻照度

干管內(nèi)直徑為200 mm，進(jìn)風(fēng)量為0.4 kg/s，太陽(yáng)輻照度為800 W/m

，進(jìn)風(fēng)溫度為10 ℃。不同各列集熱器串聯(lián)數(shù)量下各列風(fēng)量見(jiàn)圖5。由圖5可知，不同各列集熱器串聯(lián)數(shù)量下，1～10列風(fēng)量均先減小后增大，趨勢(shì)隨各列集熱器串聯(lián)數(shù)量的增大而減弱。各列集熱器串聯(lián)數(shù)量越少，各列集熱器之間的風(fēng)量不平衡情況越明顯。

③ 各列集熱器串聯(lián)數(shù)量

進(jìn)風(fēng)量為0.4 kg/s，各列集熱器串聯(lián)數(shù)量為3臺(tái)，太陽(yáng)輻照度為800 W/m

，進(jìn)風(fēng)溫度為10 ℃。不同干管內(nèi)直徑下各列風(fēng)量見(jiàn)圖4。由圖4可知，不同干管內(nèi)直徑下，1～10列風(fēng)量均先減小后增大，趨勢(shì)隨干管內(nèi)直徑的增大而減弱。干管內(nèi)直徑越小，各列集熱器之間的風(fēng)量不平衡情況越明顯。

⑤ 進(jìn)風(fēng)溫度

干管內(nèi)直徑為200 mm，進(jìn)風(fēng)量為0.4 kg/s，各列集熱器串聯(lián)數(shù)量為3臺(tái)，太陽(yáng)輻照度為800 W/m

。不同進(jìn)風(fēng)溫度下各列風(fēng)量見(jiàn)圖7。由圖7可知，不同進(jìn)風(fēng)溫度下，1～10列風(fēng)量均先減小后增大，不僅變化趨勢(shì)相似，而且數(shù)值也接近。進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)各列風(fēng)量分布的影響不明顯。

1.1 一般資料 選取2017年3月～5月在廣東三九腦科醫(yī)院住院的腦癱兒童家長(zhǎng)42名。診斷標(biāo)準(zhǔn)：住院兒童必須符合中國(guó)腦性癱瘓康復(fù)指南腦癱診斷標(biāo)準(zhǔn)[3]；納入標(biāo)準(zhǔn)：符合診斷標(biāo)準(zhǔn)的腦癱兒童家長(zhǎng)；且未曾接受過(guò)相關(guān)心理干預(yù)和輔導(dǎo)。排除標(biāo)準(zhǔn)：因視力、手部殘疾等因素限制不能完成問(wèn)卷填寫(xiě)的家長(zhǎng)。

4 結(jié)論

① 不同進(jìn)風(fēng)量下，各列風(fēng)量比例均先減小后增大，不僅變化趨勢(shì)相似，而且數(shù)值也接近。

② 不同干管內(nèi)直徑下，各列風(fēng)量均先減小后增大，趨勢(shì)隨干管內(nèi)直徑的增大而減弱。干管內(nèi)直徑越小，各列集熱器之間的風(fēng)量不平衡情況越明顯。

③ 不同各列集熱器串聯(lián)數(shù)量下，各列風(fēng)量均先減小后增大，趨勢(shì)隨各列集熱器串聯(lián)數(shù)量的增大而減弱。各列集熱器串聯(lián)數(shù)量越少，各列集熱器之間的風(fēng)量不平衡情況越明顯。

④ 不同太陽(yáng)輻照度下，各列風(fēng)量均先減小后增大，不僅變化趨勢(shì)相似，而且數(shù)值也接近。

⑤ 不同進(jìn)風(fēng)溫度下，各列風(fēng)量均先減小后增大，不僅變化趨勢(shì)相似，而且數(shù)值也接近。

⑥ 進(jìn)風(fēng)量、太陽(yáng)輻照度、進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)各列風(fēng)量分布的影響不明顯。

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