管式太阳能集热器高效集热介质及综合利用方法研究

发布时间：2020-08-25 21:48

【摘要】：管式太阳能集热器是太阳能光热利用最常用的结构,制作成本低,集热条件便于控制,但仍存在集热效率低、单位面积太阳能利用率低的问题。近年来,大量学者致力于研究纳米流体在太阳能光热领域的应用,大大提高了集热介质的光热转换能力,但仍然存在着分散稳定性差、制备工艺复杂且成本高的问题,难以大范围推广。因此,提高集热介质性能、开发新型太阳能综合利用方法对太阳能光热利用的规模化应用具有重要意义。受中华墨颜色浓黑、性能稳定的启发,本文提出将中华墨应用于太阳能光热利用。将中华墨与质量分数相同的Cu、CuO和炭黑纳米流体进行对比研究,证明中华墨在分散稳定性及光热转换性能方面都具有优异的性能。对中华墨纳米流体进一步分析,发现微观上中华墨是一种骨胶包裹在炭黑颗粒表面的核壳结构集热介质,是具有表面双电层结构的胶体体系,这种结构对提高分散稳定性、改善光热转换性能方面起到重要作用。在中华墨的太阳辐射转换机理基础上制备了蛙卵仿生结构(BSMFE)集热介质,并通过实验证明其优异性能。在此基础上,依据植物对阳光选择性吸收的特性,本文提出光热农业这种太阳能综合利用新方法,将太阳能光热利用和绿色植物的种植结合起来,提高单位面积经济产值。针对该方法设计了多种类型的产业化装置。基于光热农业,提出单元组合转子动态集热器,并通过实验研究表明,加入转子后光热转换效率大幅提高,低流阻结构优于两叶片结构,黑色转子优于透明转子,流速对光热转换过程几乎无影响。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK513.1
【图文】：

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图１－２倾斜放置的真空管式集热器原理图逡逑Ｆｉｇ．１－２邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ａｎ邋ｉｎｃｌｉｎｅｄ邋ｅｖａｃｕａｔｅｄ－ｔｕｂｅ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ逡逑空管式集热器是广泛应用的家庭太阳能热水器的主要结构，原理如图１集热介质在集热管中吸收太阳能，并将热量传递至水平储罐内进行存在中国的发展历程，１９３０年Ｇ．Ｃ．Ａｂｂｏｔ做出了真空集热管，１９７８年美昆先生将全玻璃真空集热管传入中国＾，之后清华大学殷志强教授及中国太阳能光热产业的发展做出突出贡献。１９８０年采用了经济的电镀黑镍薄膜［１８］，比国外采用真空蒸发黑铬的同类型真空集热管集热效率８１年进行全玻璃同心圆管真空集热器的研制〃９］，采用透光率高、耐热的高硼硅玻璃制备了管式集热器，该集热器长期运行至１９９８年；１９９３建立了规模化生产线［２（）］。为真空管式集热器在中国工业化生产奠定了础。表１－１总结了全玻璃真空管式集热器近些年的研究成果。逡逑

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Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈｅａｔ邋ｐｉｐｅ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ逡逑将热管技术应用于太阳能光热利用领域，得到了集热效率很高的热管式集热逡逑器，其原理如图１－３所示。将若干根真空玻璃集热管并列，且每根超导热管的冷逡逑凝端嵌入集管当中。当太阳照射时，热管的温度不断升高，导致热管内的介质受逡逑热迅速汽化，并到达热管的冷凝段，凝结放热，将热量传递给集热管，介质又流逡逑回蒸发端，重复这个过程，使太阳能不断转变为热能并由集热管进行收集［２９］。逡逑Ｂｉｎ等人［３（）］采用高精度电磁流量计等控制仪表实现集热器实验过程中温度、逡逑流量的精确控制，利用图１－４装置研究了瞬时效率与接收区和吸收区、有效热容、逡逑入射角修正、压降之间的关系，所研制的实验台稳定可靠，满足热管式集热器的逡逑要求。Ｒｏｏｎａｋ等人？］设计并制作了热管式集热器，进行理论和实验测试，首先逡逑基于系统热分析建立数学模型，然后进行实验验证，结果表明，在一定范围内热逡逑管数越多系统效率越高

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（３）玻璃－金属式集热器逡逑玻璃－金属式集热器又称为金属吸热体真空管式集热器，吸热体采用金属材逡逑料，而且真空集热管之间也都用金属件连接，封接结构如图１－５所示。严格来讲，逡逑热管式集热器也属于玻璃－金属式集热器的一种，除此之外，玻璃－金属式集热器逡逑还有其它各种不同的形式，如同心套管式、Ｕ形管式、内聚光式、直通式等等。逡逑玻璃－金属式集热器集热效率高，成本低，但在集热器的高温环境下，金属逡逑与玻璃封接的可靠性成为影响其性能的重要因素。以金属与玻璃的封接原理、集逡逑热管端头结构设计、新材料的研发为出发点，现阶段研宄重点集中于研制封接界逡逑面应力小、强度高、气密性好、耐受性强的高温真空集热管［３３］。逡逑，，Ｉ逦．逦＾邋＾逦ａ邋＞ｓ邋／．邋ｙ，邋＾邋ｘ邋／邋ｘ邋ｘ邋／逡逑一—…■邋ｒｖ邋－邋ｖ、ｗ＼邋ｘ邋＊邋ｖ邋ｙ邋＞邋ｖ邋ｙ邋＾邋ｙ邋？邋＇邋／邋￥邋ｙ邋＞■＇、／邋’逡逑一’逦ＡｔＸ邋Ａｒ°＜邋／逦Ｋ．／逡逑金属环逦玻璃管逡逑＇邋ｉ逡逑图１－５玻璃－金属封接结构图逡逑Ｆｉｇ．１－５邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｇｌａｓｓ－ｍｅｔａｌ邋ｓｅａｌｉｎｇ逡逑综上所述，真空管式集热器种类丰富，凭借结构适应性强、条件易于控制的逡逑优点得到了较为广泛的应用

【参考文献】