翅片熱管式真空集熱管及集熱器的熱性能研究.pdf

1、目前太陽(yáng)能熱利用主要集中在低溫太陽(yáng)能利用，最具代表性的是真空集熱管式太陽(yáng)能熱水器。本文是基于傳統(tǒng)熱管式真空集熱管，聯(lián)合無(wú)錫美孚太陽(yáng)能公司設(shè)計(jì)出一種以銅-水重力熱管作為傳熱元件的翅片熱管式真空集熱管。
　　所設(shè)計(jì)的集熱管利用熱管的耐冰凍、啟動(dòng)快、保溫性能好、承壓能力強(qiáng)、耐熱沖擊、易于安裝維修等特點(diǎn)，翅片增加了熱管吸熱段對(duì)太陽(yáng)輻射能的吸收量，同時(shí)將熱管技術(shù)與真空技術(shù)相結(jié)合，減少了熱管對(duì)環(huán)境的傳熱，提高了集熱效率。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)

2、論如下:
　　(1)建立單根集熱管能量分析模型，包括蒸發(fā)段和冷凝段的換熱模型，理論分析各自的傳熱過(guò)程，推導(dǎo)出其瞬時(shí)熱效率方程及總熱損失系數(shù)、效率因子和熱轉(zhuǎn)移因子的計(jì)算式。再根據(jù)實(shí)例模擬計(jì)算集熱器瞬時(shí)熱效率方程:η=0.718-1.084Tf-Ta/I。
　　(2)采用MATLAB編制集熱管的計(jì)算分析程序，模擬分析氣象參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)集熱管熱性能的影響。得出結(jié)論:太陽(yáng)輻射強(qiáng)度是集熱管熱性能的主要影響因素，理論最高效率在58％左

3、右;室外環(huán)境風(fēng)速對(duì)集熱管的熱性能幾乎沒(méi)有影響;流體流量和進(jìn)口溫度也是影響集熱管熱性能的重要參數(shù)，理論最佳工況點(diǎn)流量為0.018kg/s，在越高的太陽(yáng)輻照強(qiáng)度下，集熱管的熱穩(wěn)定性越好、抗水溫波動(dòng)的能力較好。
　　(3)搭建室外動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)集熱管和集熱器進(jìn)行熱性能研究。在流量0.003kg/s下，集熱管實(shí)測(cè)瞬時(shí)熱效率為45.97％～56.52％，總熱損失系數(shù)為1.2028～1.5995。瞬時(shí)熱效率、總熱損失系數(shù)都隨輻照強(qiáng)度

4、的升高而增大，且增大的幅度在不斷變大;在同一輻照強(qiáng)度下，提高流量，瞬時(shí)熱效率增大，總熱損失系數(shù)減小。實(shí)驗(yàn)值與理論值的變化趨勢(shì)一致，在800W/m2下瞬時(shí)熱效率理論與實(shí)驗(yàn)的誤差在6.8％;流量對(duì)集熱管熱性能影響，實(shí)測(cè)進(jìn)出口溫差和瞬時(shí)熱效率最大誤差分別為14.8％和11.5％，實(shí)測(cè)最佳工況點(diǎn)流量為0.016kg/s;進(jìn)口溫度對(duì)集熱管熱性能影響，與理論的最大誤差都在7.7％左右，實(shí)測(cè)進(jìn)口溫度的升高對(duì)集熱管熱性能的影響要大于理論分析。
　

5、　(4)在流量0.04kg/s下，集熱器出口水溫最高可達(dá)65.36℃，儲(chǔ)熱水箱中的均溫最高可達(dá)64.55℃，最大瞬時(shí)集熱量為1344.288W，實(shí)測(cè)瞬時(shí)熱效率范圍為62.38％～68.89％。分析得:瞬時(shí)熱效率隨流體均溫與環(huán)境溫度差值的增大而減小;流體進(jìn)口溫度增大，導(dǎo)致瞬時(shí)熱效率下降;瞬時(shí)熱效率隨輻照強(qiáng)度的增大而有所減小，但降幅只有6％左右，可見(jiàn)其穩(wěn)定性較高;當(dāng)輻射強(qiáng)度值一定時(shí)，提高流量，瞬時(shí)熱效率增大;總熱損失系數(shù)實(shí)際上并非完全是常數(shù)