研究圆锥形涡流发生器对平板太阳能热水器的影晌：一种结合实验和计算流体动力学（CFD）的方法

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：Investigating the Impact of Conical Vortex Generators on Flat Plate Solar Water Heaters: A Combined Experimental and CFD Approach

平板太阳能集热器（FPSC）通过添加涡流发生器（MFPSC）显著提升热效率，实验显示其小时效率达55.71%，日效率提高17.95%，CFD模拟验证误差小于11.4%。

　　

摘要

平板集热器是一种高效的设备，能够减少对电能的依赖，从而降低电费成本。然而，为了进一步提高其将太阳辐射转化为可用热能的能力，还需要进一步的改进。为了增强传热效率，采用了诸如圆锥形涡流发生器之类的被动技术。针对平板太阳能热水器（FPSC）进行了实验研究，以评估其性能，重点研究了吸收板温度、上升管温度、太阳辐射强度以及能量效率和熵效率等关键运行参数的影响。装有涡流发生器的FPSC（MFPSC）的每小时效率最高，达到55.71%，而未装涡流发生器的FPSC效率为48.57%。添加涡流发生器后，MFPSC的日能量效率提高了17.95%，超过了未装涡流发生器的FPSC（34.92%）。这些实验结果随后被用于验证在ANSYS Fluent 19.2中进行的三维CFD（计算流体动力学）模拟。MFPSC的出水温度模拟结果也与实验结果相当吻合，最高温度和最低温度的误差分别为1.5%和1.4%。MFPSC和CFPS（无涡流发生器的平板太阳能热水器）的模拟结果在能量效率方面也表现出良好的一致性，最大误差分别为7.3%和11.4%。

平板集热器是一种高效的设备，能够减少对电能的依赖，从而降低电费成本。然而，为了进一步提高其将太阳辐射转化为可用热能的能力，还需要进一步的改进。为了增强传热效率，采用了诸如圆锥形涡流发生器之类的被动技术。针对平板太阳能热水器（FPSC）进行了实验研究，以评估其性能，重点研究了吸收板温度、上升管温度、太阳辐射强度以及能量效率和熵效率等关键运行参数的影响。装有涡流发生器的FPSC（MFPSC）的每小时效率最高，达到55.71%，而未装涡流发生器的FPSC效率为48.57%。添加涡流发生器后，MFPSC的日能量效率提高了17.95%，超过了未装涡流发生器的FPSC（34.92%）。这些实验结果随后被用于验证在ANSYS Fluent 19.2中进行的三维CFD（计算流体动力学）模拟。MFPSC的出水温度模拟结果也与实验结果相当吻合，最高温度和最低温度的误差分别为1.5%和1.4%。MFPSC和CFPS的模拟结果在能量效率方面也表现出良好的一致性，最大误差分别为7.3%和11.4%。