【摘 要】
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在中高温太阳能真空集热管中,辐射热损占其热损的大部分,辐射热损随温度的升高呈指数级增长,从而降低集热器的热性能,因此减少其辐射热损非常必要。为了减少辐射热损,提高集热器的
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在中高温太阳能真空集热管中,辐射热损占其热损的大部分,辐射热损随温度的升高呈指数级增长,从而降低集热器的热性能,因此减少其辐射热损非常必要。为了减少辐射热损,提高集热器的集热效率,本文对高温槽式真空集热管和中温热管式真空集热管具体开展了以下研究。 对于槽式真空集热管,提出吸热管次吸热面扁平设计(管型Ⅰ)和吸热管主、次吸热面均扁平设计(管型Ⅱ)的两种新型集热管结构,以通过减少辐射面积来减少辐射热损。利用辐射换热的光谱分布模型,对新型管和原型管的热损进行了对比分析,接着,对结构变化较大的管型Ⅱ和原型管,使用蒙特卡洛光线追踪方法结合数值模拟方法计算分析了吸热管的能流密度分布和温度分布。结果表明,改变吸热管结构可以有效减少集热管的辐射热损,高温时(>320℃)管型Ⅰ和管型Ⅱ相对原型管热损减少占比基本稳定在8.8%和14.5%。 对于热管式真空集热管,通过在吸热板背部增设遮热板,增大吸热板下表面与玻璃管的辐射热阻来减少吸热板下表面的辐射热损。搭建了户外实验平台,对新型和原型热管式真空管太阳能集热器的热性能在不同进口水温下进行了对比实验分析,实验结果表明,增设遮热板可有效提高热管式真空管太阳能集热器的热效率,且在高温下效果更明显。归一化温差为0.016m2·K/W和0.166m2·K/W时,效率分别提升了2.3%和11.8%。在热管式真空管太阳能集热器瞬时效率曲线中,增设遮热板可使瞬时效率曲线一次下降系数a1下降24.8%,二次下降系数a2下降29.9%。 对热管式真空集热管建立了理论分析模型,在更大进口水温范围内(20~200℃)及不同水流速、太阳辐照度和环境温度等参数下,对新型集热器和原型集热器进行了参数分析和性能预测。结果表明,模拟和实验结果吻合较好,增设遮热板在不同参数值及同一进口水温下,对集热器热效率提升效果基本相同,可使集热器集热效率在150℃和200℃时分别提升约9.0%和14.0%。
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