U型管式相变蓄热真空太阳集热管结构优化与性能分析

为提高相变蓄热真空太阳能集热器的热性能,针对相变填充材料固态时传热性能低、集热管释热效率低等问题,提出一种新型的带有一体化轴向双翼翅片结构的U型管式相变蓄热真空太阳集热管结构,分析在不同质量流量运行工况下翅片主要结构参数对集热管释热和蓄热性能的影响,得出最佳的翅片结构参数,并与两种传统结构的集热管性能进行对比分析。结果表明:对于外径为58 mm的玻璃真空太阳集热管,采用复合相变填充材料Na_(2)SO_(4)·10H_(2)O+石墨(质量比92%∶8%)时,释热和蓄热性能最佳的翅片结构参数是翅片长度/翅片夹角为17 mm/60°;该最佳翅片结构能显著强化集热管内的传热性能,使集热管内相变填充材料的温度均匀性更好,使新型U型管式相变蓄热真空太阳集热管相较于圆翅片、无翅片结构形式的集热管,释热量最高可分别提高6.4%和112.6%,释热效率最高可分别提高6.4%和117.4%。

级联型潜热储存耦合热泵系统性能研究

为提高太阳能利用率和热泵热力学性能,将真空管集热器、热泵和填充床等结合,提出一种级联型潜热储存耦合热泵系统用于建筑供热。针对太阳能集热及室外温度等条件,将太阳能蓄热和室外空气作为热泵的热源进行系统集成设计。在FLUENT和EES中分别建立填充床和热泵的热力学模型,并分析填充床的换热流体流量、放热温度和用户回水温度对系统热力性能的影响。结果表明,填充床流体流量从0.05 kg/s增至0.07 kg/s时,热泵系统整体平均性能指数下降0.16;填充床作为热源的放热温度升高20℃时,填充床供热增加74269 kJ,有效放热率下降21.9%;当用户回水温度升高10℃时,热泵系统整体平均性能指数下降0.19,有效放热率下降16.2%。

太阳能真空集热管热损分析与试验研究

基于热平衡法提出了一种动态热平衡热损计算方法,并进行了验证,同时分析了环境温度、进口温度、流量对真空集热管热损的影响。结果表明,热损随着环境温度的降低、进口熔盐温度的升高和熔盐质量流量的降低而增大;当辐照强度在700 W/m2以上时,真空集热管获得的热量大于热损并能稳定工作,说明槽式光热电站在东南沿海等太阳能资源相对不足的地区有一定的适用性。

内置转子太阳能集热管流动与传热特性的数值模拟研究

通过数值模拟方法模拟了非均匀加热工况下内置两叶片转子和低流阻转子的太阳能集热管的流动与强化传热特性,得到了集热管内的温度分布、湍动能分布、努塞尔数以及阻力系数等参数,并通过综合性能评价因子(PEC)对内置转子集热管的综合强化传热性能进行了衡量。结果表明:内置转子后,管内流体的温度分布更加均匀,并且升温速率明显提升,若控制出口温度一致,则内置两叶片转子集热管的长度相较于光管可减少46.15%;内置两叶片转子和低流阻转子集热管内的努赛尔数和阻力系数相较于光管均有明显提升,其中内置两叶片转子集热管提升幅度较大,努赛尔数和阻力系数相较于光管分别提升94%~190%和308%~449%;通过PEC对两种集热管的综合强化传热性能进行衡量,两种集热管的PEC值均大于1,内置两叶片转子集热管具有最大值1.82。

紧凑型热管真空管集热器集热特性分析

为充分利用闲置建筑屋顶,为建筑和工业过程提供中温热能,设计了一种紧凑型热管真空管集热器(HPETC)。以南京地区为例,通过构建集热器传热热阻理论模型,并使用方差分析法,分析其集热特性。结果表明:集热器在523.15 K工作状态下具有24.56%的热效率;4种因素对热效率的影响程度从小到大分别为直射辐射、选择性吸收涂层(SAC)发射率、真空管内压力、进口温度;当真空管内压力小于0.01 Pa时,降低SAC发射率对热效率提升具有显著作用。

真空管直膨式太阳能热泵系统性能分析

该文将真空管集热器与直膨式太阳能热泵结合,提出一种真空管直膨式太阳能热泵系统。实验研究典型工况下太阳辐照度、循环水温度对系统性能的影响,并探讨压缩机变频条件下系统的动态性能。结果表明,提高太阳辐照度、降低循环水温度有利于提高系统性能,在太阳辐照度为850 W/m^(2),循环水温度为55℃时系统取得最大COP,为5.36。压缩机频率为42 Hz的系统COP为4.08,较45、47、50 Hz分别提高1.23%、8.5%、13.6%。

太阳能生物质互补清洁供热系统集成研究

基于我国生物质利用和太阳能集热技术的实际情况及能量综合梯级利用思路,研究性提出一种新颖的太阳能生物质互补清洁供热系统。新系统将太阳能集成到生物质锅炉中,利用菲涅尔集热装置直接加热补给水产生工业蒸汽和真空管集热装置预热补给水,并兼顾生物质锅炉热力除氧热源,多余热量进入蓄热罐进行存储。新系统通过调节生物质锅炉颗粒燃料量,适应对外供热负荷变动和太阳能波动所带来的输入热量变化导致蒸汽量变化的工况。以河北沧州地区某供热量20 t/h的太阳能生物质互补供热系统为例,性能估算分析表明,太阳能输入能量份额为20.31%,太阳能年度等效利用小时数为74 d(1779 h),真空管集热系统的加热能力是补给水预热负荷的4.47倍。研究表明,合理的热力系统集成方式是提高太阳能热利用系统性能和降低工业蒸汽成本的关键所在。研究成果将为开创我国太阳能生物质互补供热新局面提供新思路。

槽式集热器真空集热管传热特性研究

通过分析太阳能槽式集热器真空集热管的热性能,建立了槽式集热器真空集热管稳态传热模型,通过和典型实验数据对比,验证该模型的适用性和准确性。在此基础上,分析在无光照条件下,吸热管内壁温度、环境温度、风速和集热管残存气体种类等因素对集热管热损失的影响。结果表明:吸热管内壁温度的升高会增大玻璃管外壁温度和集热管热损失;环境温度和风速对玻璃管外壁温度有显著影响,但对热损失的影响甚微;吸热管与玻璃管之间以辐射传热为主,对流换热受环形区域残存气体种类和压力的影响。

新型高效聚光集热管的技术研究与应用效能分析

针对普通的全玻璃真空太阳能集热管外置复合抛物面聚光集热板存在增大风阻且易在下雪时积雪的情况,研制了一种在外管内壁镀制反射镜面的新型高效聚光集热管,对该集热管的技术创新性进行了介绍,对其能效指标及优势进行了分析,并对其应用前景进行了阐述。性能测试结果显示:该集热管采用的太阳能选择性吸收涂层的太阳吸收比大于等于0.96(AM1.5)、半球发射比小于等于0.05(测试温度为80±5℃),达到了国际先进水平。通过对比普通全玻璃真空太阳能集热管和新型高效聚光集热管的应用效果发现:新型高效聚光集热管的热损仅为普通全玻璃真空太阳能集热管的50%;在同等条件下,新型高效聚光集热管的集热效率比普通全玻璃真空太阳能集热管的约高0.02,能够获得更高的热水温度,实现了中温段太阳能产品的开发及推广应用。

带遮热板的热管式真空管集热器中温性能的理论与实验研究

对带遮热板的真空管型集热器进行理论分析和实验研究,通过与不带遮热板的真空管型集热器传热过程进行对比分析,计算表明带遮热板的真空管型集热器的辐射热损降低约22.7%。对两种集热器的中温性能进行对比实验,结果表明:带遮热板的真空管型集热器的中温热性能更加优越,在129℃高温工况时,其热效率为55%。

严寒地区真空管集热器夜间热损失实验

为验证真空管集热器的真空保温性能及夜间防冻效果,通过实验对夜间静止工况下集热器内液体温度、集热器夜间散热量及平均热损失系数进行实测和计算,分析真空管集热器夜间热损失特性及其变化规律.结果表明:集热器内夜间最低温度一般位于8~25℃,夜间温降速率为0.7~1.3℃/h,夜间总散热量为1 800~4 700 k J;测试期间平均热损失系数为0.427 W/(m^2·K).集热器夜间热损失特性分析以及最低温度变化能够有效地表明集热器本身的保温性能,为严寒地区集热器和集热环路防冻提供依据和支持.

热管式真空集热管及其太阳集热器的研究与应用

详细介绍了我国现有热管式真空集热管及其太阳集热器的基本结构及研究状况,特别介绍了CPC型热管真空管太阳集热器。对热管真空管型太阳集热器在各种场合的应用做了分类介绍。最后指出热管真空管型太阳集热器及与建筑结合的太阳集热系统是未来太阳能热水利用发展的重要方向。

添加固体颗粒提高太阳能集热管内导热油光热转换性能

利用太阳辐照玻璃真空管加热导热油的试验装置,试验研究了添加不同种类和不同质量分数的固体颗粒对导热油光热转换特性的影响,通过测量闷晒温度和闷晒太阳辐照量间接比较了3种试验流体的热性能;理论分析了固体颗粒对导热油吸热与对流传热的强化机理。结果表明：添加铜箔颗粒可提高导热油平均温度14℃;同等试验工况石墨-油分别与铜箔-油和铝箔-油的最大温差达3.3和7℃;质量分数3%-3.2%的铜箔颗粒对提高导热油闷晒温度较有利,增大含量对光热转换的强化效果不明显。石墨-油和铜箔-油显示出良好的光热转换性能。该研究为导热油在太阳能热发电和热管热水器领域的应用提供科学参考。

带内遮热板真空集热管的研究

为降低全玻璃真空集热管在较高温度工作时的辐射传热热损,提出两种带内遮板的真空集热管管型,对其传热过程进行分析,计算各管型的辐射热损。讨论真空管各项性能参数对其热性能的影响,结果表明带内遮板的真空集热管在较高温度工作时具有十分优越的性能。

聚光型热管式真空集热管的分析

以聚光型热管式真空集热管为研究对象,结合槽式极轴跟踪聚光器,分析太阳直射辐射能到放热段传热流体热能的热转化过程,且用能量系统的分析方法对集热管的传热过程搭建效率的数学模型,给出热效率及效率的表达式,并进行室外动态性能实验,实验结果如下:实验值归一化瞬时效率为72%～73%,实验效率为6%～11%,总损率在89%以上,其中无效损失仅占很小部分,2%～5%;提高集热管焦斑的热流密度可增大集热管的效率,且集热管的效率与流量对应存在最大值。最后将效率实验值与模拟值进行比较,实际最大效率还可提高2.49%。

热泵辅助太阳能中央热水系统年运行特性研究

提出采用热泵来取代传统的电加热器,构成热泵辅助太阳能中央热水系统,可有效地降低能源消耗。结合2005年西安地区气象数据,建立了合适的数学模型,并用现有的试验数据对模型进行了校准,通过模型模拟了该年热泵辅助和电辅助太阳能中央热水系统的性能系数,输入功耗,出水温度等运行参数,并对两者进行了对比。

太阳能吸收式制冷系统在呼和浩特地区应用的研究

采用当地小型太阳辐照气象站的实测数据,对该辐射条件下不同集热器的热性能进行试验对比,且对吸收式制冷系统进行了模拟计算。研究表明,集热器的高性能、当地的太阳能资源和冷却水温条件等是呼和浩特地区应用太阳能吸收制冷的保证。在文章所计算的条件下,系统总效率达0.473。文章的研究结果对呼和浩特地区大规模应用太阳能吸收制冷系统提供了理论依据。

跟踪式CPC热管真空管太阳能集热器性能研究

将复合抛物面聚光器(CPC)及跟踪技术通过简单的曲柄连杆机构与热管真空管集热器集成,研制了1套聚光比为2.3的跟踪式CPC热管真空管太阳能集热器。对该集热器在固定、间歇和连续跟踪3种模式下进行了集热性能测试,分析了跟踪方式对延长集热时间和改善集热效率的影响,对集热效率进行了拟合和归一化分析。研究结果表明:跟踪模式下集热器高效集热时间为6h,是固定模式的2倍;采用间歇跟踪即可有效提高集热性能;跟踪模式下的日平均集热效率达到45%,比固定式提高约16%。集热效率归一化拟合回归系数均大于0.936,拟合过程可信。

两种集中式太阳能集热器集热效率对比研究

针对真空管式和平板式两种使用最多的太阳能集热器开展研究,选取两种系统对其效果进行实测,并对TRNSYS模拟软件的模拟结果进行验证,然后对两种集热系统在不同太阳能辐射区间进行典型日集热效率模拟,进而进行全年辐射和温度条件下进行模拟。结果显示,条件相同情况下,无论典型日还是全年平均值,平板式集热器集热效率均高于真空管式。平板式太阳能热水系统为47. 1%,而真空管式太阳能热水系统的全年平均集热效率为42. 9%;同种条件下,在有太阳辐射时,室外温度对平板式太阳能集热器集热效率有影响,但影响不大。

空气作工质的真空集热管内流动与换热分析

针对热水作工质时真空集热管内普遍存在的冻结、腐蚀等问题,本文采用空气作工质,推导了空气作工质时真空集热管的集热效率、热损系数和集热管出口温度的方程,分析了影响空气作工质时各项参数对集热器热性能的影响。通过改变集热管进口空气流量来获得尽可能高出口温度的热空气,从而降低热损系数,提高集热效率。此外,由于热空气可以直接送入干燥室干燥物料,不需要二次转换,节能效果好。由理论分析和试验结果可以预见,利用空气作工质的真空传热管具有潜在的应用价值和前景。