国产直通式太阳集热管性能研究

采用某国产直通式太阳集热管(中温集热系统核心部件),搭建435 m^2微弧菲涅尔聚光集热系统。建立该集热管一维稳态传热模型;分析热损失随真空度、金属管内壁与环境的温差和风速的变化规律;考察太阳辐照度、聚光比以及导热油流量对集热效率的影响;对集热效率进行实验测试。结果表明:模型计算值和实验值偏差小于2%,可用于传热性能预测。真空度和温差是影响热损失的主要因素,应保持气体压力小于0.013 Pa;通过非线性回归建立温差和热损失的关系式。聚光比为25,太阳直接辐照度为625 W/m^2时,集热效率达到55.4%;合适的操作流量为3.5 m^3/h。集热温度低于200℃时,该集热管的集热性能与UVAC3相当,可用于太阳能中温热利用领域。

直通式太阳能真空集热管的热性能研究

综合考虑影响热损失模型的主要因素,建立了直通式太阳能真空集热管热损失及工质出口温度的数学模型,并提出了该模型的计算方法.利用美国国家可再生能源实验室(NREL)对Schott 2008 PTR70真空集热管的热性能测试结果进行验证,结果表明,热损失模拟值与实验数据值的绝对误差都小于6 W/m,相对误差基本控制在4.5%以内,故建立的数学模型可靠.同时设计了直通式太阳能真空集热管热性能的计算界面,在输入外形、物理参数和气象信息时,可以较快、较准确地输出该集热管的热损失以及工质出口温度,从而进一步完善了真空集热管的热性能模型和计算方法,为指导集热管的设计提供了便利.

直通式真空集热管热性能的数值模拟研究

利用Fluent软件对直通式真空集热管复杂的耦合换热过程进行了数值模拟,建立了集热管的非均匀热流边界条件下的传热模型,并将模拟结果与实验结果进行对比验证;分析得到了非均匀热流边界条件下,辐照强度、传热工质流速和入口温度对吸热管周向温度分布的影响。结果表明:吸热管轴向热流分布极不均匀,吸热管周向温差高达74.5 K。较大的温差会使集热管产生热应力,当超过集热管的屈服强度时,就会引起集热管的破坏,降低使用寿命。