随着能源结构不合理、自然环境恶化等世界性难题的日益严峻,可再生能源因其清洁无污染、可再生等特点,受到社会各界的普遍关注。它们将逐步替代燃煤与石油,在未来一次能源消耗中占据重要地位。作为可再生能源的“主力军”,太阳能在商用、民用领域都获得了较大程度的开发利用。基于光热转换技术的不断发展完善,太阳能+复合热源系统应运而生,该系统以太阳能为主要热源、因地制宜地选择其他形式的能源作为辅助热源,具有高效节能、清洁环保、稳定可靠、经济性良好等应用优势。本课题针对我国西北内陆地区太阳能丰富、天然气储备量大、而水资源匮乏的资源分布特点,提出了一种可用于工业产品热加工、农作物烘干、热水制备及冬季民用供暖的新型太阳能+复合热源系统。该系统制热部分的能量来源以太阳能为主、燃气锅炉为辅,在晴好天气充分利用太阳能辐射能量,极端工况下利用燃气锅炉补热,提高能效的同时可避免化石燃料燃烧带来的环境问题。在新型太阳能+复合热源系统中,采用空气替代水作为集热器的传热介质,有效缓解该地区的用水压力,同时避免了管路泄漏、内部结垢、腐蚀、冬季冻结等问题;依据集热器强化传热理论,提出一种并联结构的初步设计方案,采用CFD仿真软件Fluent 14.5模拟其运行情况,并与传统真空管集热器、U型管式集热器进行对比,结果表明新型集热器具有更优的传热与流动性能。采用数值模拟方法对集热器的初步设计参数进行优化分析,探究能够对其性能产生影响的环境因素与结构因素。从中选取入口质量流量、安置倾角、金属管内径、金属管管长、联集箱进口长度共5个影响程度较大的可控因素作为优化对象,分别确定各因素的最佳取值组成新型集热器的优化改进方案。系统中的燃气锅炉换热器采用了径向错列式内翅片结构,能够有效提高管路的传热性能。利用Fluent软件对不同翅数、翅型的管路内部流域进行建模仿真,结果表明16翅y=16x2型翅片管具有较优的综合性能,此结论在场协同理论下得到验证。利用编写的VOF自定义函数(UDF)模拟了管内部的水蒸气凝结过程,根据水蒸气质量分数与液膜的分布情况探讨新型翅片管的强化换热机理。