步進(jìn)式太陽能真空管集熱系統(tǒng)升溫性能的研究.pdf

1、與平板太陽能集熱器相比，真空管太陽能集熱器由于有真空夾層的存在，其熱損失極小。相對(duì)于以水作為傳熱工質(zhì)的集熱器，空氣集熱器不存在凍壞、結(jié)垢、腐蝕等問題。但是目前研究焦點(diǎn)多關(guān)注于并聯(lián)型真空管空氣集熱器，對(duì)串聯(lián)型真空管集熱器研究甚少，尤其是關(guān)于步進(jìn)式集熱溫度和內(nèi)部阻力更是鮮有報(bào)道。與并聯(lián)型真空管空氣集熱器相比，步進(jìn)式真空管太陽能空氣集熱器能夠把空氣加熱到更高的溫度，提高太陽能利用效率，擁有更廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文以步進(jìn)式全玻璃真空管

2、太陽能空氣集熱器為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)并搭建內(nèi)插式真空管太陽能空氣集熱器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)集熱器的流動(dòng)阻力損失、步進(jìn)式升溫規(guī)律、集熱效率等進(jìn)行了測(cè)量，并對(duì)該集熱器應(yīng)用于苦鹵蒸發(fā)領(lǐng)域進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究?；谟邢摅w積法，建立集熱器內(nèi)空氣流動(dòng)和傳熱的三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型對(duì)集熱器內(nèi)部流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)等進(jìn)行了研究。采用流-固耦合方法，對(duì)比分析不同空氣流量下集熱器的步進(jìn)式升溫規(guī)律，并建立集熱器的阻力計(jì)算模型，對(duì)集熱器阻力特性進(jìn)行分析，結(jié)合數(shù)值模擬得到的壓力場(chǎng)對(duì)該

3、空氣集熱器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確定最佳內(nèi)插管尺寸。
　　結(jié)果表明:空氣進(jìn)入集流管內(nèi)筒后，大部分直接流入內(nèi)插管，但還有一部分在內(nèi)筒端部形成渦流;從內(nèi)插管尾部流出的空氣一部分直接沖到真空管尾部，形成流動(dòng)滯止現(xiàn)象，造成局部高壓，其余大部分轉(zhuǎn)彎進(jìn)入環(huán)形區(qū)域;從環(huán)形區(qū)域流入集流管外筒的空氣絕大部分做圓柱擾流運(yùn)動(dòng)，基本都從外筒上部流出集熱單元。
　　通過數(shù)值模擬及理論計(jì)算優(yōu)化后得到最佳內(nèi)插管尺寸為內(nèi)徑28mm、外徑34mm，此時(shí)集熱器壓降最小

4、。當(dāng)空氣流量為12m3/h時(shí)，對(duì)于集熱器流動(dòng)阻力損失，數(shù)值模擬與理論計(jì)算結(jié)果分別為834Pa和762Pa。相比實(shí)驗(yàn)用內(nèi)插管，若采用優(yōu)化后的內(nèi)插管，平均壓力損失可降低3％左右。
　　集熱器由6個(gè)集熱單元串聯(lián)而成，在空氣流量12m3/h條件下，平均每個(gè)集熱單元可將空氣溫度升高15℃。該集熱器可將空氣溫度加熱至100℃以上，集熱器的瞬時(shí)效率最高可達(dá)97％。
　　該集熱器應(yīng)用于苦鹵蒸發(fā)的效果很好。經(jīng)過7天可將苦鹵由25波美度提高到3