非真空槽式集熱管的熱力性能研究.pdf

1、隨著世界化石能源的日益枯竭，以及使用化石能源所造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題的凸顯，世界各國日益重視太陽能、生物質(zhì)能、風能等可再生能源的開發(fā)利用。
　　 太陽能熱發(fā)電技術(shù)是規(guī)?；_發(fā)利用太陽能的一種方式。作為目前唯一商業(yè)化的太陽能熱發(fā)電技術(shù)，槽式太陽能熱發(fā)電得到了一定的推廣應用。真空集熱管作為槽式熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，其熱力性能和可靠性直接影響到槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的初始投資和發(fā)電成本。真空集熱管在高溫下運行時，由于金屬管與玻璃管

2、線膨脹系數(shù)不一致，金屬管與玻璃管在封接處不同的熱形變導致不同的熱應力，而且熱應力隨太陽輻射強度變化而變化，這容易致使封接處的密封失效，甚至導致玻璃管破裂。真空管失效和損壞是太陽能熱電站經(jīng)濟損失的最主要因素。因此，新型金屬管和玻璃管的封接技術(shù)成為國內(nèi)外研究的一個熱點問題。
　　 不同環(huán)境條件下槽式集熱管熱力性能的獲得是研發(fā)新型金屬管和玻璃管的封接技術(shù)的基礎(chǔ)。為此，本課題采用理論分析和實驗研究相結(jié)合的方法研究了槽式集熱管的熱力性能，

3、提出了以玻璃管外壁面溫度快速且準確的判別集熱管真空的方法，并以復合拋物面型槽式集熱器(CPC)為主體做了集熱管熱損失測試的實驗研究，取得了如下研究結(jié)果：
　　 1．理論推導出玻璃管外壁面溫度與集熱管熱損失的關(guān)系表達式，結(jié)合PTR70真空集熱管實驗擬合關(guān)聯(lián)式，確定了不同風速、環(huán)境溫度、太陽輻射強度以及管內(nèi)循環(huán)工質(zhì)溫度下，PTR70真空集熱管處于良好運行狀態(tài)時的玻璃管外壁面溫度范圍，并在此基礎(chǔ)上討論了真空失效和玻璃管破裂分別對集熱管

4、熱力性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境變化僅改變玻璃管外壁面溫度，對集熱管熱損失的影響相對較??；工質(zhì)溫度是影響PTR70真空集熱管熱損失的最主要因素；真空失效導致玻璃管外壁面溫度和熱損失都大幅增加，當風速為2m/s時，玻璃管外壁面溫度為138.65℃，和夾層真空時相比，在相同工況下，高了約100℃，熱損失為1046.01W/m，近似為集熱管正常運行時的7倍，夾層漏入氧氣對玻璃管外壁面溫度和熱損失的影響略小于夾層漏入空氣的情形；玻璃管破裂后，金屬

5、管直接與周圍環(huán)境進行換熱，相同環(huán)境條件下，熱損失大約為夾層保持真空時的16倍。
　　 2．研發(fā)出了復合拋物面型槽式集熱器(CPC)，并在蘭州市皋蘭縣陽洼窯村小學做了集熱管熱力性能測試的實驗研究，得到了不同天氣情況下CPC內(nèi)工質(zhì)悶曬溫度隨時間的變化曲線，在實驗期間，晴天天氣情況下，管內(nèi)工質(zhì)溫度升高7.41℃/h，多云天氣情況下，管內(nèi)工質(zhì)溫度升高4.43℃/h;利用玻璃管外壁面溫度衡量熱損失的方法，計算了集熱管在不同時段的熱損失。<

6、br>　　 本課題的創(chuàng)新點在于：
　　 1．提出以玻璃管外壁面溫度判別集熱管真空的方法，揭示了夾層真空度對集熱管熱力性能的影響。
　　 2．實驗獲得了蘭州地區(qū)非真空槽式集熱管的熱力性能。
　　 作為槽式熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，真空集熱管直接影響到槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的初始投資和發(fā)電成本，其熱力性能和可靠性主要取決于金屬管與玻璃管的封接方法，而不同環(huán)境條件下槽式集熱管熱力性能又是研發(fā)新型金屬管和玻璃管的封接技術(shù)的基