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4.2 计算结果分析 22
4.2.1 散热器温度分布及流场分析 22
4.2.2 不同散热器材料的计算结果及分析 24
4.2.3 壁面热流量对散热器的影响 26
4.2.4 不同入口速度对散热器的影响 27
结论 30
致谢 31
参考文献 32
1 绪论
1.1 太阳能电池冷却系统数值模拟的目的和意义
太阳能是一种可再生能源，是世界上公认的一种洁净能源，有着其他矿物、化学能源不可比拟的优越性。太阳能源资源十分丰富，是当今研究开发的热点。现阶段，对太阳的热利用技术是其中较为成熟，并已经应用到了日常生活中，如太阳能光伏发电装置、太阳能集热器等在很多地区都得到了应用。而单就太阳能热利用上，目前的研究热点主要集中在太阳能光伏发电、太阳能热发电等系统上。
太阳能热光伏发电(Solar Thermophotovoltaic, STPV)是目前对太阳光热综合利用的又一种途径。STPV系统主要由太阳能聚光器、辐射器、选择性光学滤波器件、光伏电池、冷却系统、自动跟踪系统等部件组成。STPV系统较一般太阳能光伏系统的能量密度大、转换效率高，而其中热光伏电池是一个非常重要的元件，其温度有一定上限，但由于辐射器的辐射，热光伏电池温度会不断上升，需对其进行冷却，以保证STPV系统中光伏电池正常工作，确保光电转换的效率[1]。
1.2 太阳能电池冷却系统简介
太阳能电池冷却系统是STPV系统的重要组成部分。在太阳能光伏发电技术中，太阳能光伏发电只能将光能等于禁带宽度的部分转化成电能，大于禁带宽度的光能只能以热的形式损失掉。实际上，目前的太阳电池的光电转换效率只有20%以下，超过80%的光能不能转换成有用能量。因此一方面会造成很大的太阳能的热能浪费，同时没有转换成电能的热能也会造成光伏电池温度的升高，而根据研究，光伏电池的转换效率随着转换温度的升高而降低。据研究，这种多余的热量对光伏电池的加热会造成转换效率下降3%~6%[2-3]，因此有必要进行冷却，一方面可以提高太阳能的光电转换效率，另一方面通过一定的冷却方式把多余的热量回收起来加以热利用[4-5]。
1.3 国内外研究现状
1.4 CFD简介
计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)是通过计算机和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统做分析。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立其关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。CFD可以看作是在流动基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程）控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟，我们可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量（如速度、压力、温度、浓度等）的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，确定漩涡分布特性、空化特性及脱流区等。还可据此算出相关的其它物理量，如旋转式流体机械的转矩、水力损失和效率等。此外，与CAD联合，还可进行结构优化设计等。CFD方法与传统的理论分析方法、实验测量方法组成了研究流体流动问题的完整体系，图 1.1给出了表征三者之间关系的“三文”流体力学示意图。理论分析方法的优点在于所得结果具有普遍性，各种影响因素清晰可见，是指导实验研究和验证新的数值计算方法的理论基础。但是往往要求对计算对象进行抽象和简化，才有可能得出理论解。对于非线性情况，只有少数流动才能给出解析结果。