翅片熱管式真空集熱管及集熱器的熱性能研究.pdf

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

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程，推導出其瞬時熱效率方程及總熱損失系數、效率因子和熱轉移因子的計算式。再根據實例模擬計算集熱器瞬時熱效率方程:η=0.718-1.084Tf-Ta/I。
　　(2)采用MATLAB編制集熱管的計算分析程序，模擬分析氣象參數和運行參數對集熱管熱性能的影響。得出結論:太陽輻射強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)境風速對集熱管的熱性能幾乎沒有影響;流體流量和進口溫度也是影響集熱管熱性能的重要參數，理論最佳工況點流量為0.018kg/s，在越高的太陽輻照強度下，集熱管的熱穩(wěn)定性越好、抗水溫波動的能力較好。
　　(3)搭建室外動態(tài)實驗平臺，通過實驗對集熱管和集熱器進行熱性能研究。在流量0.003kg/s下，集熱管實測瞬時熱效率為45.97％～56.52％，總熱損失系數為1.2028～1.5995。瞬時熱效率、總熱損失系數都隨輻照強度

4、的升高而增大，且增大的幅度在不斷變大;在同一輻照強度下，提高流量，瞬時熱效率增大，總熱損失系數減小。實驗值與理論值的變化趨勢一致，在800W/m2下瞬時熱效率理論與實驗的誤差在6.8％;流量對集熱管熱性能影響，實測進出口溫差和瞬時熱效率最大誤差分別為14.8％和11.5％，實測最佳工況點流量為0.016kg/s;進口溫度對集熱管熱性能影響，與理論的最大誤差都在7.7％左右，實測進口溫度的升高對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65.36℃，儲熱水箱中的均溫最高可達64.55℃，最大瞬時集熱量為1344.288W，實測瞬時熱效率范圍為62.38％～68.89％。分析得:瞬時熱效率隨流體均溫與環(huán)境溫度差值的增大而減小;流體進口溫度增大，導致瞬時熱效率下降;瞬時熱效率隨輻照強度的增大而有所減小，但降幅只有6％左右，可見其穩(wěn)定性較高;當輻射強度值一定時，提高流量，瞬時熱效率增大;總熱損失系數實際上并非完全是常數