平板太阳能集热器抗冻方法研究

发布时间：2020-10-31 07:57

　　 太阳能热水系统是太阳能热利用行业中技术最成熟、应用最广泛、效益最显著的实用技术产品。常用的平板太阳能集热器具有承压能力强、结构简单、性价比高、与建筑物结合良好的独特优势,具有广阔的发展前景。 随着全球的气候多变,在温热带地区也常会发生极端天气。由于一般的平板型太阳能集热器不具有抗冻功能,一遇极端低温天气,就可能冻坏。而太阳能吸热板芯是平板型太阳能集热器的核心部件,对它进行研究是非常必要的。 在综合对比了各种抗冻方法后,认为利用平板型集热器的管型结构能较好地解决平板集热器冻结问题。其具有结构简单、受力较好、性价比高等特点。 冻结试验发现,管子在完全冻结时会发生胀裂,且主要是由周向应力造成的。针对圆管内水完全结冰时的情况,并通过一定的假设,推导出管子内水结冰的膨胀力计算公式,可用于圆管内水完全结冰时胀力的计算,其算式如下： ANSYS分析结果与计算结果相符。 对椭圆管、扁管、菱形管和8字管的截面结冰顺序进行了ANSYS分析,得出了管内水结冰在径向上沿管壁到中心的顺序冻结特征。根据冻结特征,在管型及材料研究中把结冰力模拟为内压,简化了分析过程。 对目前常用的平板型集热器流道材料0Cr18Ni9、T2、5A05制造的异型管承压能力和变形能力进行了分析比较,得出最佳异型管制作材料为5A05。 对椭圆管、扁管、菱形管和8字管不同管型进行了承压能力和弹塑性变形能力的ANSYS分析,得出各种管型的最佳形状,并分别对其进行了冻结模拟。结果表明,椭圆管具有较好的承压和受压变形的能力。在此基础上进一步分析了厚度对抗冻能力的影响。结合以上结果,找出了平板型太阳能集热器异型管的较优抗冻结构、材料及厚度。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TK513
【部分图文】：

1.2平板型太阳集热器简介平板太阳能集热器是一种吸收太阳辐射能量并向工质传递热量的装置，它是一种特殊的热交换器，集热器中的工质与远距离的太阳进行热交换。平板型太阳能集热器是太阳能集热器中的一种类型。是由吸热板芯、壳体、透明盖板、保温材料及有关零部件组成。在加接循环管道，保温水箱后，就能吸收太阳辐射热，使水温升高。1.2.1平板型集热器的基本结构平板型集热器是太阳能低温热利用的基本部件，也一直是世界太阳能市场的主导产品。平板型集热器已广泛应用于生活用水加热、游泳池加热、工业用水加热、建筑物采暖与空调等诸多领域。用平板型太阳能集热器部件组成的热水器即平板太阳热水器。平板型集热器主要由吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部份组成，如图4一1所示。太阳辐射

成流体通道的部件;集管是指吸热板上下两端横向连接若干根排管并构成流体通道的部件。吸热板的材料种类很多，有铜、铝合金、铜铝复合、不锈钢、镀锌钢、塑料、橡胶等。吸热板有如下主要结构形式(如图1一2)。(a)管板式(b)冀管式 lll111乍乍 乍屯屯 屯 ))))) (((((一一夕夕 lllll人人 人 }}}lll(c)扁盒式(d)蛇管式图1一2吸热板结构形势示意图a.管板式。管板式吸热板是将排管与平板以一定的结合方式连接构成吸热条带(如图1一Za)，然后再与上下集管焊接成吸热板。这是目前国内外使用比较普遍的吸热板结构类型。近年来，全铜吸热板正在我国逐步兴起，它是将铜管和铜板通过高频焊接或超声焊接工艺而连接在一起。全铜吸热板具有铜铝复合太阳条的所有优点:热效率高，无结合热阻;水质清洁，铜管不会被腐蚀;保证质量，整个生产过程实现机械化;耐压能力强，铜管可以承受较高的压力。b.翼管式。翼管式吸热板是利用模子挤压拉伸工艺制成金属管两侧连有翼片的吸

2.1.2试验结果分析将完全冻结的管子取出后，我们发现管子沿轴向出现了一条近似直线的裂纹(如图2一2)。由此可以推断，当管内水结冰膨胀后，将产生足以使管子破裂的巨大的力;其次，致使管子破坏的力的应力为周向应力。所以我们在计算时，将主要计算管子的周向应力。
【参考文献】

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本文编号：2863669