脉动热管太阳能集热器传热性能实验研究

以真空玻璃管为载体、石蜡为相变储热材料、脉动热管和铜管为传热元件,对比分析了充液率φ=50.0%的脉动热管太阳能集热器与铜管太阳能集热器在相同辐照度下的集热性能。研究结果表明,当辐照度大于0 W/m^(2)时,脉动热管太阳能集热器相比于铜管太阳能集热器管壁温度提高了40℃;相较于铜管太阳能集热器,热源温度越高,脉动热管太阳能集热器吸热能力越强,传热效果越好;在相同的辐照度下,相比于铜管太阳能集热器,脉动热管太阳能集热器内的石蜡达到熔点的时间缩短了13%;脉动热管太阳能集热器输出的热量比铜管太阳能集热器高0.5 kJ,随着辐照度的增强,热量差值将会更大;脉动热管蒸发段和冷凝段壁面与其相接触的传热工质会形成一种准平衡态,蒸发段与冷凝段的传热能力呈反比关系,当蒸发段传热能力下降时,冷凝段传热能力上升,保证了集热器的稳定运行。

基于耦合辐射模型的太阳能集热器倾角优化研究

为了使太阳能集热器获得更多的太阳辐射量,须对集热器倾角进行优化。文章在建立倾斜面太阳辐射计算模型的基础上,分别优化直接辐射、散射辐射的计算过程。以太阳能集热器运行期间倾斜面接收最大辐射量为求解目标,借助MATLAB对集热器倾角进行优化分析,得到月度最佳倾角和年度最佳倾角。其中天津地区的太阳能集热器年度最佳倾角为36.3°,比当地纬度略小;月度最佳倾角为10~64°,表现为夏季小冬季大的特点。相较于水平放置,在年度最佳倾角和月度最佳倾角下,太阳能集热器接收的年太阳辐射量可分别增加12.4%,17.3%;相较当地纬度作为倾角时,以月度最佳倾角值逐月调整接收的太阳辐射量可增加5.0%。分别以广州、拉萨、济南和长春为例,计算得到上述地区的年、月最佳倾角。对不同地区进行对比分析发现,直接辐射占比较高的地区逐月改变最佳倾角可获得更高的能量增益。

射流式太阳能空气集热器性能的数值模拟研究

为了提高太阳能空气集热器的性能,建立了射流太阳能空气集热器的数学模型,并分析了空气射流对太阳能空气集热器性能的影响。结果表明:在太阳能空气集热器内设置折流板形成射流流动,不仅可以增加集热板近壁面处的流动速度,还能减小垂直于空气流动方向的速度梯度。射流流动优化了流道内的速度分布,从而有效提高了空气与集热板的对流传热系数。与普通太阳能空气集热器相比,射流太阳能空气集热器的集热效率明显更高。当入口速度从0.5 m/s增加到3.0 m/s时,两者集热效率的差距从5.01%增加到15.38%。然而,射流太阳能空气集热器的压力损失较大,因此其有效效率随空气流量的增加呈现先增加后减小的趋势。在入口速度为2.5 m/s时,有效效率达到了极值63.75%,比普通太阳能空气集热器提高了11.21%。综上所述,利用折流板形成射流能显著提高太阳能空气集热器的集热效率与有效效率。

抛物槽式真空管太阳能集热器强化相变蓄热的模拟研究

为了提高抛物槽式真空管太阳能集热器相变材料导热性能,设计了一种相变材料埋置金属泡沫与半圆管型强化换热结构相结合的真空管太阳能集热器,利用FLUENT软件对其蓄热过程中的传热进行了数值模拟,分析了热流密度分布非均匀的情况下在相变材料中集成翅片和金属泡沫对相变材料液态分数的影响.

槽式太阳能聚光集热器热力学分析及聚光集热系统动态特性仿真

槽式太阳能聚光集热器是槽式集热系统关键部件之一,因此对其热力学性能分析至关重要。利用分布参数法构建了集热器的一维稳态模型,分别研究了熔盐进口流量、日照辐射量、环形空间压力等因素对集热器的火积耗散率、熵产率、(火用)损失率以及热损失率的影响。结果发现火积耗散率和熵产率均随熔盐进口流量、发射率的增大而减小,随日照辐射量增大而增大。当日照辐射量增大67%时,火积耗散率和熵产率分别增大191.4%和177.7%;(火用)损失率随各个参数的变化趋势与熵产率基本相同;热损失率随熔盐进口流量、环境温度的增大而减小,随日照辐射量、环形空间压力、环境风速、发射率的增大而增大,并且发射率影响最大,当发射率增大28.6%时,热损失率增大18.9%。同时为探究集热系统的动态特性,构建了双罐集热系统和单罐集热系统的动态仿真模型并进行仿真计算,结果发现双罐系统的动态响应时间要明显长于单罐系统;熔盐罐的数量和位置仅会对初始阶段系统的动态响应造成影响,不会对稳定时系统各部件工质出口温度造成影响。从火积耗散率和熵产率2个角度对系统进行了分析,结果表明:换热器的火积耗散率与熵产率均随时间先增大后保持不变,集热器以及熔盐罐的火积耗散率与熵产率均随时间先减小后保持不变。

抛物面槽式太阳能集热器球形接头测试系统的研制与应用

球形接头是抛物面槽式太阳能集热器的关键部件,针对球形接头易发生运转卡涩和导热油泄漏问题,研制了一套球形接头性能测试系统。该测试系统可以实现球形接头在旋转、摆转或旋摆联动模式下,以及在导热油温度达393℃和压力达4.1 MPa工况条件下的加速寿命测试。以导热油为传热流体,开展了球形接头在导热油温度为393℃和压力为2.3 MPa工况条件,以及温度、压力变化条件下的性能测试研究,分析了球形接头在模拟12年寿命期的扭矩特性和密封性能,验证了该测试系统运行的稳定性和可靠性,并且关键技术参数的控制精度和测量精度满足使用要求,为球形接头的性能评价提供了技术支撑。

一种轻薄型光伏/光热集热器性能分析及实验研究

【目的】野外作业和户外生存对能源的需求越来越大,现有常规供能方式存在一些重要缺陷,例如常规发电机需携带大量燃油、蓄电池重量大等。太阳能光伏/光热(photovoltaic/thermal,PV/T)发电技术可有效解决户外生存和野外作业能源缺乏的问题,而现有的PV/T集热器多为刚性结构、重量大而不便于携带。【方法】提出一种基于铜铟镓硒薄膜电池和毛细管网相结合的轻薄型PV/T组件,通过实验的方法研究该组件的集热性能及水流量对组件光电、光热转换效率的影响。【结果】在典型上海气候下,该组件的全天电效率、热效率分别为13.04%、22.50%;在平均辐照度为760 W/m^(2)的实验条件下,水流量为2.1 L/min时,此PV/T的集能性能最优;毛细管网内冷却水可有效降低电池温度(10℃)、提高能量利用效率(23.94%)。【结论】该组件具有高功率密度、轻便灵活的特点,可用于野外作业、户外生存时的能源供给,为户外能源装备的设计提供了新思路。

用于农宅供暖的三角形太阳能空气集热器集热性能研究

用于农宅供暖的太阳能空气集热器均为平板型,通常安装于农宅南墙外侧,但农宅南墙除了门窗外,可用于安装集热器的面积有限,所以集热量也有限。为此,设计一种可安装在南、东、西墙的新型三角形太阳能集热器,以提高对太阳能资源的利用率。基于有限体积-能量法,建立了集热器的光学模型;联合光学模型,构建集热器的动态传热模型,并通过实验验证了模型的准确性;分析了集热器安装在农宅南、东、西墙的集热性能,并与传统贴墙安装平板太阳能空气集热器以及倾斜安装平板太阳能空气集热器进行了对比。结果发现,集热器安装在农宅东墙和西墙的集热量约为安装在南墙的60%和80%;三角形太阳能空气集热器安装在南墙的供暖季集热量比贴墙安装平板太阳能空气集热器高33.5%,比倾斜安装平板太阳能空气集热器高15.0%。

交叉V型吸热板-底板太阳能空气集热器热性能的数值模拟

应用太阳载荷模型,利用FLUENT软件对九个交叉V型吸热板-底板太阳能空气集热器进行了数值模拟,得到集热器的热效率、出口温度、热损和吸热板温度,并对其进行了对比分析,发现集热器的热效率随着空气流道高度的增大而减小,热损失、吸热板温度和出口温度随着空气流道高度的增大而增大,最大效率为34.60%,最高出口温度为355.13 K.

平板集热器冬季高流速运行数值模拟研究

针对平板集热器(FPSC)冬季热水收集温度不足等问题提出高流速运行方案,以期提高系统的集热性能以及全年利用率.通过CFD技术数值模拟FPSC系统在不同流速工况下(0.02~0.15 kg/s)各组件温度的变化情况,计算系统的集热效率,结合温度云图对比高流速运行的优势.结果显示,高流速运行能够减少集热损失,具有更佳的集热性能.

双重吸热太阳能空气集热器集热性能实验研究

为提升太阳能空气集热器的集热性能,在传统集热器的基础上填加吸热材料,创建双重吸热式空气集热器,并通过实验进行了对比分析.结果表明:双重吸热式集热器在进出口温差和集热效率方面比传统型集热器有所提升,同时填加的吸热材料设置于集热板下部时,具有较优的集热效果.

浅析光热电站槽式集热器光学设计方法

基于槽式太阳能集热器“太阳辐照能流”的传递流程,搭建光线在集热器的反射镜(考虑集热器钢构支撑精度和跟踪精度)到集热管的能量传递计算模型和公式组;通过分析公式中的“变量因素”对集热器光学性能的影响,归纳出关键变量(抛物线面型变量,能流变量和拦截率变量)。梳理具有商业化项目业绩和符合未来技术发展趋势的集热器样本方案,通过多变量下相关因素的矩阵式关联计算,开展不同方案的光学性能分析,梳理出集热器光学设计的优化要素。

基于微热管阵列的建筑构件化平板太阳能集热器热性能研究

设计了一种建筑构件化平板太阳能集热器,工作倾角为90°时,在晴天和多云天2种工况下对建筑构件化平板太阳能集热器和微热管阵列平板集热器的热性能进行了对比研究。结果表明,建筑构件化平板太阳能集热器的集热性能优于微热管阵列平板集热器,截距高于11.8%,斜率低于13.4%。

槽式太阳能热发电站中槽式集热器桩基础的施工工艺研究

以某槽式太阳能热发电站的集热场施工工程为例,在国内尚无相关成熟施工工艺的现状下,针对槽式集热器桩基础施工工程量大,以及地脚螺栓施工精度高、工期紧的特点,对槽式集热器桩基础及地脚螺栓安装、固定的施工工艺进行了研究。在满足工程实践需求的前提下,从桩基础点位测量、桩基础成孔、钢筋笼的制作与安装、地脚螺栓固定架的设计和制作、地脚螺栓的安装及固定、混凝土浇筑等各方面对槽式集热器桩基础施工工艺流程进行了多次论证和现场实际验证,最终提出了一套独特的槽式太阳能热发电站中槽式集热器桩基础的施工工艺。通过实际工程验证,该槽式集热器桩基础施工工艺有效控制了地脚螺栓的施工质量,从而确保了槽式集热器的安装精度,并在大幅加快现场施工进度的基础上满足了工程的施工要求。该施工工艺可广泛应用于其他大规模槽式太阳能热发电站的槽式集热器桩基础施工中。

太阳能集热器与水源热泵联合系统供热性能的仿真研究

提出了双热源热泵供热系统、太阳能与水源热泵串联供热系统、太阳能与水源热泵并联供热系统,并建立了3种联合供热系统的仿真模型。在不同太阳辐射强度和水源温度下,对3种系统的供热性能进行了模拟分析,并绘制了3种系统的最佳运行区间图。结果表明,当太阳辐射强度和水源温度较低时,双热源热泵系统有最佳供热性能;当太阳辐射强度和水源温度较高时,并联系统供热性能最好;当太阳辐射强度和水源温度在前两种系统最佳工作条件之间时,串联系统有最好的供热性能。

高效大平板太阳能集热器区域供热应用案例分析

高效大平板太阳能集热器作为可再生能源技术的杰出代表,以其卓越的单台有效采光面积与高光热转换效率,正逐渐成为我国特别是能源短缺地区集中供热领域的首选方案。本文聚焦某县城实施的平板太阳能区域供热项目,进行详尽的产品特性分析、系统设计计算、节能减排的实际效果评估,以及深入的经济性分析,旨在为同类项目的设计与推广提供科学依据与实践指导,推动清洁能源供暖事业的健康发展。

内插式真空管集热器集热性能提升技术研究综述

真空管太阳能集热器是太阳能热利用的重要途径。内插式真空管集热器是一种结构优化后的真空管集热器,为提升其集热性能,介绍了内插式真空管集热器的工作原理,对其传热机理进行了分析,归纳了当前对内插式真空管集热器的集热性能的研究现状,并在此基础上通过建立集热效率关于环境参数及流量的关联式、改进内插管主管和支管管径尺寸、综合优化集热器布置方式及管间距并设置反射板的方式等方法分析了存在的问题,为低成本、高效率的内插式真空管集热器的研究发展提供了参考依据。

利用条缝射流强化无盖板型太阳能集热器性能

为提升无盖板型太阳能空气集热器热性能,设计一种条缝射流型太阳能空气集热器,并利用数值模拟和实验验证对其热性能进行分析。集热器内部流动及换热特性的模拟结果表明,利用圆孔和挡片形成的条缝射流能对集热板形成有效覆盖,进而提高进气与集热板的对流换热。射流条缝存在最优结构参数,当圆孔直径为25 mm时,条缝宽度在3 mm处接近最优;集热效率则随挡片直径的增大而增大,是由于射流贴附效应在变强。实验结果表明,条缝射流型集热器的全天热效率稳定且高效。当处理气量为39 m^(3)/h时,该集热器全天热效率稳定在约48%,优于传统的无盖板渗透型太阳能集热器。

寒冷地区户用大平板太阳能集热器-空气源热泵系统性能研究

针对太阳能难以单独稳定供暖和空气源热泵供暖成本高的问题,提出空气源热泵辅助太阳能稳定供暖构想,在甘肃省兰州市七里河区魏岭乡绿化村研发搭建大平板太阳能集热器-空气源热泵系统,对比研究晴天、多云和阴天3种典型工况下大平板太阳能集热器的集热效率、太阳能热泵和空气源热泵COP、太阳能保证率、系统总供热量和系统能效比等性能参数。结果表明:晴天、多云和阴天系统集热效率分别为44.9%、38.7%和20.6%,3种工况下太阳能热泵COP均为4.0,空气源热泵COP分别为3.5、3.3和3.1,太阳能保证率分别为38.1%、32.3%和12.9%,系统全天供热量分别为142.52、135.22和120.96 kWh,系统能效比分别为3.5、3.4和2.7。研究结果证明大平板太阳能集热器-空气源热泵系统用于寒冷地区单体建筑供暖的可行性,可为寒冷地区农村单体建筑的供暖提供一种新途径。

火星表面薄膜型太阳能集热器设计及应用

为解决火星表面探测器热能短缺挑战,克服火星表面太阳能原位热利用中的性能和环境适应性困难,提出一种基于火面太阳能原位热利用的薄膜型太阳能集热器,热能收集采用高透明聚酰亚胺膜窗和选择性吸收涂层,储能采用3D打印高填充率相变储能装置,并利用半刚性赋形设计、热变形自适应、被动式泄压分别解决火星表面尘积、大温差热交变和星际飞行过程中快速泄压问题。仿真和试验表明,集热器最大光热转化效率为74.9%,日平均集热效率为32.5%~49.8%,单位面积集热量为1105.7~2381.5 Wh/(m^(2)∙sol)(其中sol代表火星日,火星的一个恒星日的平均长度是24小时37分23秒),可适应火星严酷的应用环境。