内插式太阳能真空管空气集热器集热性能研究

【摘要】： 与以水为工质的太阳能集热器相比,太阳能空气集热器具有其优势,如不存在冬季防冻问题,少量泄漏对集热器运行性能影响不大,不存在系统腐蚀问题等,因此可方便地用于冬季采暖、强化室内通风、太阳能干燥等场合。空气集热器主要有平板和真空管式,目前研究和应用较多的是平板式空气集热器。内插式真空管太阳能空气集热器由于采用了全玻璃真空管作为太阳辐射接收器,与平板式空气集热器相比其吸热体和外界环境之间的热损大大降低,结构简单,集热效率较高。本文对内插管式太阳能真空管空气集热器的热性能进行了理论和实验研究。 本文通过实验对一种新型的内插式真空管空气集热器不同季节工况下的瞬时集热特性进行了测试分析。研究发现不同季节工况下稳定工作阶段该空气集热器效率在60%左右,揭示了南北朝向集热器安装倾角对集热效率的影响规律。测试获得内插式真空管空气集热器和单管的时间常数分别为23min、12min,说明其热容较大。建立了内插管式真空管空气集热器管内空气流动与换热的三维瞬态模型,该模型能够反映真空管吸热层表面辐射热流随时间和各微元位置不同而变化的特点。理论和实验相结合分析了不同工况下集热器的集热温度、瞬时集热效率、热损系数等性能参数。该集热器春夏季在30~80℃的集热温度范围内,热损系数集中在2~6 W/m2K的范围内。 研究结果表明,该内插式太阳能真空管空气集热器热损系数较低、具有较高的集热效率,在供热采暖、干燥通风等场合有良好的应用前景。 【关键词】：太阳能 空气集热器 真空管 集热效率 时间常数
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 研究背景13
• 1.2 太阳能集热器13-15
• 1.3 太阳能空气集热器及其研究现状15-21
• 1.4 本文主要内容21-22
• 第二章 太阳能集热器性能测试方法对比分析22-32
• 2.1 内插式太阳能真空管空气集热器22-24
• 2.2 集热器性能测试方法和相关技术条件比较24-28
• 2.3 内插式太阳能真空管空气集热器性能测试实验装置28-31
• 2.3.1 空气集热器单组流道实验台28-30
• 2.3.2 集热性能测试实验台30-31
• 2.4 小结31-32
• 第三章 内插式太阳能真空管空气集热器集热性能测试32-55
• 3.1 安装倾角以及结构参数变化对集热器性能的影响32-42
• 3.1.1 安装倾角对集热器性能的影响32-34
• 3.1.2 空气流速和插管长度改变对集热器性能的影响34-40
• 3.1.3 单组流道热惯性测试40-42
• 3.2 空气集热器的集热性能测试及分析42-53
• 3.2.1 空气集热器瞬时效率测试42-46
• 3.2.2 热惯性和系统阻力特性测试46-49
• 3.2.3 不同季节工况下空气集热器的工作性能49-53
• 3.3 小结53-55
• 第四章 内插式太阳能真空管空气集热器性能预测模型55-77
• 4.1 数学模型介绍55-70
• 4.1.1 单管模型控制方程55-57
• 4.1.2 初始以及边界条件57-63
• 4.1.3 三维网格划分和求解设置63-65
• 4.1.4 计算后处理及分析65-70
• 4.2 模型实验验证70-73
• 4.3 基于模型的性能分析73-76
• 4.4 小结76-77
• 第五章 总结与展望77-79
• 5.1 总结77
• 5.2 研究工作展望77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-84
• 攻读学位期间发表的学术论文目录84

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