蜂窝热管平板式太阳能热水器的研究

【摘要】： 本文研究设计了一种新型的蜂窝热管平板式太阳能热水器，其特点是同时应用了热管技术和蜂窝技术的平板式太阳能热水器。首先分析了目前国内太阳能热水器现状及它们的优缺点以及今后的发展趋势，在此基础上提出了本文的研究课题。本研究中用到的热管是重力热管。重力热管具有热二极管特性，并且具有较强的传热能力和较高的等温性，这使得热管在太阳能的热利用中得到应用。而在透明玻璃盖板和吸热板之间放置蜂窝结构，基本上能消除吸收表面和盖板之间的空气自然对流热损失，并可大大降低辐射损失，显著提高集热器的热转换效率。 通过大量的实验，对蜂窝热管平板式太阳能热水器和全玻璃真空管式太阳能热水器的热性能进行比较，包括瞬时效率、日平均效率、热损系数等。蜂窝热管平板式太阳能热水器的非稳态效率曲线是一条负斜率的直线，而全玻璃真空管式太阳能热水器的非稳态效率曲线是一条先下降后上升的曲线。蜂窝热管平板式太阳能热水器在低温的情况下(一般小于60℃)具有优势，其日平均效率为48.3％，而真空管式太阳能热水器的日平均效率为42.2％。高温段(一般大于60℃)的时候，平板式太阳能热水器日平均效率比真空管式太阳能热水器日平均效率低。这主要是由于在温度较高的时候，平板式太阳能热水器的热量损失比真空管式太阳能热水器热量损失的大，另外两者吸热体形状也不相同，平板式太阳能热水器的接收为一平面，而真空管式太阳能热水器的接收表面是圆柱面，所以平板式太阳能热水器日平均效率为29.8％，而真空管式太阳能热水器日平均效率为35％。蜂窝热管平板式太阳能热水器晚上的热损系数比真空管式太阳能热水器小很多，为1.16，而真空管式热水器为2.24，这进一步从实验上证明了太阳能热水器应用热管和蜂窝后使得热水器的集热性能和保温性能得到了提高。 在对蜂窝热管平板式太阳能热水器用丙酮热管和水热管的对比中得出，热管的性能对太阳能热水器的性能有很大的影响，由于此次实验中丙酮热管做的比水热管差，因此丙酮热管的热阻比水热管大，这在一定程度上影响了热水器的热性能。 同时建立了蜂窝热管平板式太阳能热水器的理论传热模型，通过对实验值和 理论值的比较，得出进行简化后的理论模型在一般情况下与实际的情况是符合 的，因此可以用理论计算公式对蜂窝热管平板式太阳能热水器的热性能进行估 算。 【关键词】：太阳能热水器 热管 蜂窝 热性能
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TK513
【目录】：

• 第一章 绪论10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 太阳能利用的特点10-12
• 1.2.1 化石能源带来的问题10-11
• 1.2.2 太阳能资源及其开发利用特点11-12
• 1.3 我国的太阳能热水器产业发展12-14
• 1.3.1 平板集热器为主题的太阳热水器产业化12
• 1.3.2 全玻璃真空集热管和热水器的产业化12-13
• 1.3.3 热管真空管集热器和热水器的产业化13-14
• 1.4 我国的太阳能热水器发展趋势14-15
• 1.4.1 太阳能热水器将与建筑结合14
• 1.4.2 太阳能热水器将逐步完善功能14
• 1.4.3 太阳能热水器将成为耐用消费品14-15
• 1.4.4 太阳能热水器将进一步扩大应用范围15
• 1.5 太阳能集热器与热水器／系统的标准化15-16
• 1.6 目前我国太阳能集热器种类16-19
• 1.6.1 平板型太阳能集热器17
• 1.6.2 全玻璃真空管太阳集热器17-18
• 1.6.3 热管式真空管集热器18-19
• 1.7 本文研究内容简介19-20
• 1.8 本章小结20-21
• 第二章 热管技术21-38
• 2.1 热管的发展简史21-23
• 2.2 热管的工作原理23-24
• 2.3 两相闭式热虹吸管(重力热管)24-25
• 2.4 热虹吸管传热过程中的七个环节及换热热阻25-28
• 2.5 热虹吸管的传热过程28-33
• 2.5.1 冷凝段的传热28-31
• 2.5.2 蒸发段的传热31-33
• 2.5.3 关于热管内部换热系数的讨论33
• 2.6 两相闭式热虹吸管的传热极限33-35
• 2.6.1 声速极限33-34
• 2.6.2 沸腾极限34
• 2.6.3 携带极限34-35
• 2.7 两相闭式热虹吸管在太阳能热水器中的应用35-37
• 2.7.1 两相闭式热虹吸管在太阳能热水器中的适用性35-36
• 2.7.2 两相闭式热虹吸管在平板式太阳能热水器中的应用36-37
• 2.8 本章小结37-38
• 第三章 蜂窝技术38-50
• 3.1 透明绝热技术38-39
• 3.2 蜂窝39-41
• 3.2.1 蜂窝结构39-40
• 3.2.2 蜂窝性能40
• 3.2.3 蜂窝的应用范围40-41
• 3.3 蜂窝结构减少热损失的机理41-46
• 3.3.1 辐射热损的降低41-45
• 3.3.2 导热热损的影响45-46
• 3.3.3 对流热损的减少46
• 3.4 透明蜂窝在太阳能热水器中的应用46-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 蜂窝热管平板式太阳能集热器的结构设计及理论计算50-68
• 4.1 蜂窝热管平板式集热器的结构及工作原理50-51
• 4.2 热管的设计51-55
• 4.2.1 热管的工质及管材的选择52-54
• 4.2.2 充液量、倾角对重力热管传热性能的影响54-55
• 4.3 蜂窝的设计55-56
• 4.4 集热器的主要尺寸及其它主要结构56-58
• 4.5 蜂窝热管平板式集热器性能的理论计算58-67
• 4.5.1 集热器的能量平衡方程58-60
• 4.5.2 集热器透过率-吸收率的乘积60-63
• 4.5.3 集热器的热损失系数63-65
• 4.5.4 瞬时效率的计算65-67
• 4.6 本章小节67-68
• 第五章 蜂窝热管平板式太阳能热水器的实验研究及数据分析68-93
• 5.1 蜂窝热管平板式集热器热性能试验方法的概述68-69
• 5.2 太阳能热水器的实验装置69-72
• 5.3 测试方法及实验用主要仪表72-76
• 5.3.1 温度测量72-75
• 5.3.2 太阳辐射量的测量75-76
• 5.3.3 风速的测量76
• 5.4 热管性能测试76-80
• 5.5 数据分析80-91
• 5.5.1 太阳辐射量的变化情况80-81
• 5.5.2 水箱内水温的变化情况81-82
• 5.5.3 太阳热水器的瞬时效率和非稳态效率方程82-86
• 5.5.4 日平均效率86-89
• 5.5.5 热损系数89-91
• 5.6 结论91-92
• 5.7 本章小结92-93
• 第六章 全文总结93-108
• 参考文献108-111
• 致谢111

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