基于Comsol和BBD的折流板太阳能空气集热器结构优化

来源：中国农机化学报杂志2023年第2期北京时间：

作者：乐嘉俊, 陈子文, 杨明金, 杨玲, 蒲应俊, 王教领

单位：1. 西南大学工程技术学院，丘陵山区农业装备重庆市重点实验室，重庆市，400715；2. 农业农村部南京农业机械化研究所，农业农村部现代农业装备重点实验室，南京市，210014

摘要：太阳能空气集热器是太阳能干燥系统的重要部件，集热器结构设计对集热性能具有重要影响。设计一款基础折流板集热器，通过太阳能模拟器测试集热器在一定边界和材料参数条件下的出口温度。基于Solidworks和Comsol构建集热器三维实体模型，采用reliablekε湍流模型数值研究集热器的集热性能。结果表明，出口温度试验值和模拟值相对误差小于0.70%，数值模拟有效，可靠性高。基于BBD（BoxBehnken Design）试验和响应面法，研究折流板不同倾斜角度组合对集热性能的影响，分析试验结果得到最佳参数组合：折流板1倾斜角度为-10°，折流板2倾斜角度为10°，折流板3倾斜角度为-10°，折流板4倾斜角度为10°，并以此优化集热器折流板布置，得到一款倾斜折流板集热器。与基础折流板集热器相比，倾斜折流板集热器出口温度升高1.63 K，集热效率提升4.01%，入口、出口压力损失降低44.80%。基于流体旁通效应，对折流板进行开孔，进一步优化吸热板的积热和流场分布，得到一款开孔型倾斜折流板集热器。与基础折流板集热器相比，开孔型倾斜折流板集热器出口温度升高2.03 K，集热效率提升4.99%，入口、出口压力损失降低43.13%。对开孔型倾斜折流板集热器入口风速条件进行单因素试验，得到较优的入口风速条件，即0.5~1.0 m/s，可以满足农产品太阳能干燥需求。

关键词：太阳能空气集热器,折流板,结构优化,Comsol,BBD

基金资助：重庆市教育委员会项目（kjcx2020002）；农业农村部现代农业装备重点实验室开放基金课题（ht20200705）