全玻璃真空管太阳热水器夜间散热特性研究

发布时间：2020-09-03 19:11

　　全玻璃真空管太阳热水器因其结构简单、性能优良、性价比高的特点,在我国得到了广泛的应用。其夜间热损失的多少不仅影响着为用户供应热能的稳定性,还影响着热水器夜间的抗寒防冻能力。目前,国内外关于热水器集热性能方面的研究已有很多,而定量分析多因素对夜间热损失的影响以及夜间热水器内流动传热特征的研究还没有。本文以全玻璃真空管太阳热水器为研究对象,首先对夜间散热过程进行了理论分析,找出了影响热水器夜间热损失的关键因素。为了揭示初始温度、环境温度、风速等外界因素对热水器夜间热损失的影响,搭建了全玻璃真空管太阳热水器热损失测试平台,进行了连续14天的夜间热损失试验。根据试验结果分析得到贮热水箱对流热损失、真空管辐射热损失和对流热损失占热水器总热损失的比例,得到了外界因素与热水器夜间热损失的多元线性回归方程。为分析热水器贮热水箱保温材料的导热系数、保温层厚度以及真空管涂层发射率等自身结构参数对夜间热水器热损失的影响,利用CFD软件对全玻璃真空管太阳热水器夜间的散热过程进行了模拟研究。在得到了热水器自身结构参数对夜间热损失的影响的同时,还揭示了热水器散热过程中流动传热的规律。主要内容和结论如下:(1)在热水器夜间散热的过程中,贮热水箱由于向周围环境散热,贴近壁面处的流体温度率先下降,密度变大,沿着水箱壁面向下流动,速度较大,其余部位流体的流速很小。同样,贴近真空管壁面处的流体也向下流动,管内温度较高的流体在浮升力的作用下向上流动,并迫使一部分还未到达真空管底部的冷流体一起回流进入水箱。此时,水箱与真空管联结处出现随机的漩涡。随着散热的进行,整个热水器内温度分层越来越明显,流体的流速愈来愈小,管内静止区域逐渐扩大。(2)夜间热水器的热损失主要包括水箱的对流热损失、真空管的对流热损失和辐射热损失。其中,真空管的辐射热损失最大,约占热水器总热损失的57.8%。其次是水箱的对流热损失,占比约为32.1%。真空管的对流热损失最小,约占3.7%。其余热损失为水箱和真空管联结等其他因素引起的热损失。(3)在热水器结构参数不变的条件下,采用多元线性回归方法分析了初始温度、环境温度和风速对贮热水箱夜间温降、真空管夜间温降以及热水器夜间热损失的影响,具体结果如下:水箱初始温度每增加1℃,其夜间温降增加0.15℃,热水器夜间热损失增加0.13 MJ;真空管初始温度每增加1℃,其夜间温降增加0.53℃,热水器夜间热损失增加0.22 MJ;平均环境温度每增加1℃,水箱夜间温降减少0.08℃,真空管夜间温降减少0.26℃,热水器夜间热损失减少0.18 MJ;平均风速每增加1 m/s,水箱夜间温降增加0.11℃,真空管夜间温降增加0.01℃,热水器夜间热损失增加0.10 MJ。(4)对于贮热水箱保温材料的导热系数为0.035 W/(m·K)、保温层厚度为50 mm、真空管涂层发射率为0.06的热水器,选用导热系数为0.020 W/(m·K)的保温材料时,热水器夜间热损失可减少8.5%;选用60 mm厚的保温层时,热水器夜间热损失可减少5.0%;选用涂层发射率为0.05的真空管时,热水器夜间热损失可减少4.0%。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK515
【部分图文】：

平板型,集热器,太阳热水器

全玻璃真空管太阳热水器夜间散热特性研究境和节能减排作出了很大的贡献，同时也取得了很好的经济、社会和环境效益[221.1.2 太阳热水器（一）太阳热水器的构成太阳热水器是将太阳光的辐射能转变为热能传递给水，从而获得热水的一装置[23]。太阳热水器主要由太阳能集热器、贮热水箱以及支架组成。1）太阳能集热器太阳能集热器是将太阳辐射能转化为输运工质（通常是空气或水）内能的种热交换器[24]。大致可以分为两类：平板型集热器和真空管型集热器[25]。

热管式真空管,集热器,太阳热水器

全玻璃真空管,太阳热水器

全玻璃真空管太阳热水器夜间散热特性研究内外玻璃管之间的真空夹层有助于减少其对流和导热热损度是保证热水器产品质量和使用年限的重要性能指标。根管的真空度应当不大于 5×10-2Pa[32]。

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