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太陽(yáng)能汽車高效冷卻和低阻力空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)

汽車上使用新的能源使得汽車空氣動(dòng)力學(xué)有了新的研究發(fā)展，如太陽(yáng)能汽車的表面冷卻問(wèn)題。太陽(yáng)能汽車表面覆蓋有光伏模塊組件，其外形優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅要考慮減小空氣阻力，而且也要考慮加強(qiáng)表面的散熱，以提高光伏元件的能量轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，由于汽車輕量化的要求，因此附加主動(dòng)冷卻裝置幾乎不現(xiàn)實(shí)，而冷卻作用的唯一來(lái)源就是汽車運(yùn)動(dòng)引起的強(qiáng)制熱對(duì)流。由于汽車的外形復(fù)雜，車上不同區(qū)域空氣流動(dòng)條件有很大的區(qū)別，因此這將直接影響車載太陽(yáng)能電池的溫度，且無(wú)法應(yīng)用商業(yè)計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件進(jìn)行求解。針對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)效率高的太陽(yáng)能汽車實(shí)例，建立了詳盡的帶有附加約束條件和邊界條件的物理模型，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

利用太陽(yáng)能電池的簡(jiǎn)單非定常熱模型預(yù)測(cè)太陽(yáng)能電池的溫度和效率。由于電池表面散熱取決于該點(diǎn)的空氣流速，所以太陽(yáng)能電池溫度的計(jì)算需要求解全部空氣動(dòng)力方程。考慮到太陽(yáng)能電池溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的耗時(shí)很長(zhǎng)，計(jì)算也將非常復(fù)雜，提出了一種簡(jiǎn)化方法即通過(guò)使用邊界層理論的近似關(guān)系或者利用CFD求解能量方程中的速度場(chǎng)，并可縮短其計(jì)算時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果表明，流動(dòng)分離區(qū)導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的局部過(guò)熱。線性分析表明，對(duì)于恒定負(fù)荷，功率損耗不取決于電路的結(jié)構(gòu)。如果溫度和光照度不均勻，則最大功率點(diǎn)的跟蹤會(huì)很復(fù)雜。因此，安裝在流動(dòng)分離區(qū)內(nèi)的太陽(yáng)能電池應(yīng)該被視為獨(dú)立的模塊，因?yàn)槠涫軣嶙顕?yán)重而會(huì)限制整個(gè)系統(tǒng)的性能。

刊名：Solar Energy（英）

刊期：2014年第103期

作者：Nikolay A. Vinnichenko et al

編譯：何云廷