熱二極管傳熱性能及其在儲(chǔ)能式太陽能集熱器中的應(yīng)用研究.pdf

1、目前,隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,傳統(tǒng)能源危機(jī)日益嚴(yán)峻。加快新能源特別是太陽能的開發(fā)利用力度,已成為我國迫在眉睫的一項(xiàng)任務(wù)?，F(xiàn)在應(yīng)用最廣的全玻璃真空管太陽能集熱器和平板型太陽能集熱器,雖然工藝技術(shù)較為成熟,但都存在集熱效率不高、缺乏儲(chǔ)能設(shè)備,用水清潔度得不到保證等不足之處。因此本文創(chuàng)新性的提出一種融集熱、儲(chǔ)熱,提熱于一體的新型太陽能集熱器概念。這種集熱器采用傳熱效率高的熱二極管作為傳熱元件,同時(shí)利用相變儲(chǔ)能材料將白天吸收的太陽輻射能儲(chǔ)存起來

2、供夜間產(chǎn)生熱水使用。這樣既解決儲(chǔ)能問題,又實(shí)現(xiàn)熱水即產(chǎn)即用,從而保證用水的清潔衛(wèi)生。
　　 本文以理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)的方法,研究了單根熱二極管和儲(chǔ)能式熱二極管太陽能集熱器的熱性能。首先,理論分析熱二極管工作原理和傳熱特性,以電加熱模擬太陽輻射的方式,通過實(shí)驗(yàn)研究加熱段和絕熱段傾角、工質(zhì)充液率、工質(zhì)種類,管徑等因素對(duì)熱二極管的傳熱影響；其次,通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試儲(chǔ)能式熱二極管太陽能集熱器的相關(guān)傳熱參數(shù)。主要包括:集熱器吸熱板工作溫度的變化規(guī)律、

3、熱二極管實(shí)際工作性能、儲(chǔ)能材料相變規(guī)律和溫度場(chǎng)分布、取熱時(shí)水溫升和銅管總傳熱系數(shù)的關(guān)系,以及水流量對(duì)銅管換熱性能的影響。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,影響熱二極管傳熱性能的主要因素包括以下幾方面。當(dāng)加熱段和絕熱段傾角的組合使得加熱段內(nèi)工質(zhì)充注率為80-90％時(shí),冷熱段溫差在3℃以內(nèi),傳熱效率可達(dá)83％；分別充注水、乙醇、丙酮的熱二極管中,丙酮熱二極管具有較好的啟動(dòng)性能,啟動(dòng)時(shí)間不超過3分鐘,且冷熱段溫差最小；一般管徑越粗,蒸發(fā)段溫度越低

4、,輸出功率越大。另外,儲(chǔ)能式熱二極管太陽能集熱器的實(shí)驗(yàn)研究表明,吸熱板工作時(shí)中間各點(diǎn)溫度較為一致,邊緣處則偏低5-8℃；熱二極管應(yīng)用于太陽能集熱時(shí),在低太陽輻照度下啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng),正常工作狀態(tài)下具有較好的等溫傳熱性；儲(chǔ)能箱內(nèi)不同高度的儲(chǔ)能材料相變速率不同。中部的儲(chǔ)能材料相變耗時(shí)最短,底部次之,頂部最長(zhǎng)；通水取熱過程中,水的溫升在起初一定時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定,隨后逐漸減小；由于儲(chǔ)能材料內(nèi)部傳熱系數(shù)較低,換熱銅管總傳熱系數(shù)不高；另外,隨著水流量的增