一种具有V形槽吸热器的并流式太阳能空气加热器的实验与CFD（计算流体动力学）评估：该吸热器在向下延伸的通道内嵌设了金属网层

《Energies》：Experimental and CFD Evaluation of a Parallel-Flow Solar Air Heater Featuring a V-Grooved Absorber Incorporating Wire Mesh Layers Within the Downward-Pointing Channels

　　

摘要

一种独特的V形沟槽太阳能空气集热器通过实验和数值模拟方法进行了评估，以提升其热流体性能。实验于2025年3月23日至4月3日在伊拉克巴格达进行，质量空气流速范围为0.02至0.09千克/秒。该设计仅在上方三角形通道内设置了金属网层，而下方三角形通道保持无障碍状态。最初开发了一种新型的三维稳态计算流体动力学（CFD）模型，用于评估带有和不带金属网层的V形沟槽太阳能空气加热器的热流体性能。流体流动模型与传热模型之间的耦合通过COMSOL Multiphysics程序中的有限元方法实现。结合金属网层的集热器模型经过实验验证，结果显示其性能与理论预测高度吻合，出口空气温度的均方根误差最大仅为1.3597°C。实验结果表明，与基线设计相比，这种改进后的集热器热效率提高了约1.5至2.5倍，具体提升幅度取决于运行条件。在中等质量空气流速下，热效率可达到80%，热流体效率超过了70%。尽管压力损失有所增加，但由于独特结构的支撑，整体性能仍然表现出色。研究结果表明，这种设计方案是一种高效的太阳能空气加热方案，可以很好地应用于近乎零能耗的建筑中。