平板型热管太阳能空气集热器热性能实验研究

【摘要】：太阳能是无污染、可再生的新型能源,取之不尽、用之不竭；目前,在各种太阳能利用中,太阳能热利用技术最为成熟。空气集热器是太阳能热利用中的集热部件,也是关键部件,在室内采暖、强化通风、农产品干燥、转轮除湿等领域都有大量应用。热管具有传热系数高、传热温差小及单向传热等诸多优良特性。本文以热管为集热与传热部件,设计与构建了一种平板型热管太阳能空气集热器,并对该空气集热器的热平衡方程、集热器热损失系数以及瞬时集热效率作了集热与传热过程分析,同时搭建关于该集热器日平均性能测试分析的实验平台。本文设计正交试验,分别测得在不同气候条件下,不同时刻太阳辐射强度、环境温度、环境相对湿度以及集热器进出口空气温度随时间的变化情况,并且通过对实验结果的分析,得到该集热器的日平均效率、热损失系数、瞬时集热效率以及太阳辐射强度、进口空气温度、不同风量对集热器热效率的影响。实验结论如下：(1)在日总太阳辐射强度为14.4MJ/m2-19.8MJ/m2,集热器的进出口空气温差在1.8℃～49.2℃,最大出口空气温度可达79.1℃,日平均集热效率为32.6%-53.5%,瞬时集热效率为15.3%～74.5%,集热器的整体集热效率较高。(2)在46.1kg/h-m2的集热空气质量流量下集热器的集热效果明显,日平均热效率可达52.3%～53.5%,集热器进出口空气温差在2.1℃～43.9℃,最大出口空气温度可达79.1℃；且当集热空气温度在30℃～80℃时,集热器的热损失系数集中在3.6-8.4W/(m2.K),总体上热损失系数较小(3)集热器的瞬时集热效率随集热空气流量的增加而增加,并最终趋于稳定；随着进口空气温度的升高而不断下降；随太阳辐射强度的增加而增加并当增加到一定值以后集热效率开始下降。(4)空气流道内的集热空气温度以及集热器内的热管外表面温度随太阳辐射强度的增加而增加,随进口空气温度的增加而增加,随空气流量的增加而下降；随被加热时间的增加而增加。 【关键词】：太阳能 空气集热器 重力热管 热效率 热损失系数
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK513.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 研究背景11-15
• 1.1.1 能源危机11-12
• 1.1.2 环境污染12-13
• 1.1.3 太阳能资源概述13-14
• 1.1.4 我国的太阳能资源14-15
• 1.2 太阳能空气型集热器15-21
• 1.2.1 太阳能集热器15-16
• 1.2.2 集热器分类16-17
• 1.2.3 太阳能空气集热器17-21
• 1.3 国内外研究现状21-29
• 1.3.1 平板型太阳能空气集热器21-28
• 1.3.2 全玻璃真空管型太阳能空气集热器28-29
• 1.4 课题来源及主要研究内容29-30
• 1.5 研究的目的和意义30-31
• 第二章 平板型热管太阳能空气集热器设计31-39
• 2.1 平板型热管太阳能空气集热器组成31-32
• 2.2 新型重力热管的选用及其加肋设计32-34
• 2.3 吸热板和空气流道的设计34-35
• 2.4 动力部件的设计35-36
• 2.5 其他部件的设计36-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 平板型热管太阳能空气集热器性能分析39-47
• 3.1 集热器的能量平衡方程39-41
• 3.1.1 单位时间内吸热板吸收到的太阳辐射能量Q_A39-40
• 3.1.2 单位时间内集热器的有用输出能量Q_U40
• 3.1.3 单位时间内集热器的热损失O_L40-41
• 3.1.4 单位时间内集热器贮存的能量Q_S41
• 3.2 集热器热损失41-45
• 3.2.1 集热器总热损系数42
• 3.2.2 顶部热损失系数42-44
• 3.2.3 底部热损失系数44
• 3.2.4 侧框热损失系数44-45
• 3.3 瞬时集热效率45-46
• 3.3.1 有效利用能45
• 3.3.2 集热器热效率45-46
• 3.3.3 瞬时效率曲线46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 平板型热管太阳能空气集热器热性能实验研究47-70
• 4.1 实验平台的搭建47-54
• 4.1.1 实验模型的设计及制作47-48
• 4.1.2 实验测试部件选用48-52
• 4.1.3 实验台的安装及场所52-54
• 4.2 实验结果分析54-68
• 4.2.1 实验过程及数据整理54-55
• 4.2.2 实验测试结果及分析55-62
• 4.2.3 不同工况下空气集热器内温度分布情况62-68
• 4.3 本章小结68-70
• 第五章 结论与展望70-72
• 5.1 对本文工作的总结70
• 5.2 本文的主要创新点70-71
• 5.3 问题及展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 附录1 攻读硕士学位期间的研究成果76-77
• 附录2 硕士期间参与的课题项目77

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