全玻璃真空太阳集热管的实验研究与CFD数值模拟

发布时间：2020-11-13 04:51

　　 全玻璃真空太阳集热管是目前结构简单、应用最广泛的真空管，本文利用实验法和数值模拟法对真空管作了以下三个方面的研究。 1.对6种相同规格、不同生产厂家生产的全玻璃真空管及由其组成的全玻璃真空管太阳热水器进行热性能测试。分析了单管的热性能与由其组成的太阳热水器的得热量的关系。结果表明，全玻璃真空管的闷晒太阳辐照量及平均热损系数与由其组成的太阳热水器的得热量之间存在明显的相关性，但空晒性能参数对太阳热水器的得热量影响不明显。 2.对大量相同规格的真空管的热性能及对应的涂层光学性能进行实验，主要探究了真空管热性能与涂层的半球发射比和吸收比的关系，以及长时间的空晒对真空管性能的影响。结果表明，涂层的半球发射比对真空管的空晒性能参数和平均热损系数影响较大；而涂层吸收比则是影响闷晒太阳辐照量的主要因素；实验还发现较长时间的空晒会破坏真空管的真空性能。 3.通过ANSYS旗下的系列软件对真空管进行构建三维物理模型、生成非结构化网格、数值计算以及后处理分析，研究了闷晒状态下真空管内部的温度场和速度场。在探究影响流场分布的因素中发现：倾角为50°的面平均辐照度均大于相同时间下其它倾角的面平均辐照度；50°的平均努赛尔数大于其它倾角的努赛尔数；涂层的吸收比直接影响接收的辐射，当吸收比从0.7增大至1时，对应的面平均辐照度增加了18.9%，吸收比大的涂层温升较明显。 上述研究旨在对真空管和太阳热水器热性能测试及生产和工程技术应用提供有益的参考。
【学位单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：TK513.1
【部分图文】：

第 2 章 全玻璃真空太阳集热管的热性能及其评价参数第 2 章 全玻璃真空太阳集热管的热性能及其评价参数全玻璃真空管由两根同轴玻璃管组成，如图 2.1 所示。其内玻璃管一端为闭的圆顶形状，由罩玻璃管封离端内带吸气剂的支撑件支撑；另一端与罩玻管的另一端熔封成为环状的开口端。太阳选择性吸收涂层沉积在内玻璃管的表面，形成吸热体，将太阳能转换为热能，加热内玻璃管内的传热工质（通为水）。综合体现全玻璃真空管单管热性能的主要技术指标为空晒性能参数、晒太阳辐照量和平均热损系数。这三项热性能参数由清华大学殷志强[5]提出并成国家标准 GB/T 17049-2005“全玻璃真空太阳集热管”[2]。而衡量选择性吸涂层的光学性能主要为吸收比和发射比。

通过管壁与流体之间的自然对流换热，流体所内外管之间为真空夹层，热量散失主要为辐射热损的传导和辐射损失，向环境产生的总热损为 QL。忽能量守恒定律[47]有IALQ Q Q进一步表述为1( ) ( )mf c A L T m adTc m A G A U T Tdt 的比热容（J/（kg·℃）），m 为工质的质量（kg），Tm 为时间(s)，Ac为真空管的有效采光面积（m2）， 为（无量纲）， 为选择性吸收涂层的吸收比（无量纲，AA为吸热体表面积（内管的表面积，m2），ULT为a1为罩管温度（℃）。辐射能量

图 2.3 空晒性能参数和闷晒太阳辐照量测试装置示意图图 2.4 空晒性能参数和闷晒太阳辐照量测试装置照片太阳集热管；2. 漫反射平板；3. 温度探头；4. 保温帽；5. 总辐；7. 测试支撑架；8. 环境风速仪； 9. 数据记录仪；10. 计算机
【参考文献】

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本文编号：2881751