两种太阳集热器的热性能对比分析

介绍了平板型太阳集热器和热管式真空管太阳集热器,并对其热性能进行了测试分析对比.平板型太阳集热器所能达到的最高效率略高于热管式真空管太阳集热器,但是随着集热温度升高,其热损失增大,效率降低,热管式真空管太阳集热器的集热效率波动较小,稳定在较高的水平。     

铝排管集热器吸收太阳能、空气能和环境能研究

对无透光和保温材料封装的新型铝排管平板集热器进行吸热特性分析,建立了吸收太阳能、空气能和环境能的数学模型,并分析了流体滞止特性对平板集热器吸收空气能的影响。进一步针对铝排管平板集热器的设计参数,通过TRNSYS软件进行仿真。在TRNSYS软件中对于影响集热器吸热性能的参数进行了单一变量分析。仿真结果显示:该平板集热器集热效率相比普通集热器大大提高。风速对空气能吸收量影响较大,风速越大,滞止温度越高,空气能吸收量越多;辐射量对太阳能吸收量影响作用明显,但对环境能吸收有减小趋势;集热面积增大和集热器整体性能提升有很大的关联作用;环境温度对环境能吸收量有很大的决定作用;入口流量对集热性能的提升存在峰值影响力,而进口温度的增加会降低集热器的集热效率。该平板集热器通过实际应用表明,其性能与仿真结果相符,且能够大大提高集热器效率。     

太阳能平板集热/储热系统

介绍一种将相变储热材料和太阳平板空气集热器相结合的太阳能集热/储热系统(包括结构设计和试验测试),并对整个系统的储热效率和热损失进行了估算.结果显示,装置的储热效率可达23%,热效率达55%.而同样情况下的普通集热器的热效率仅为19%,远远小于前者.因此,该太阳能集热/储热系统可有效降低集热器的热损失,提高集热效率.     

折形折流板式太阳能空气集热器的数值模拟

为了提高太阳能空气集热器的集热效率,文章提出了折形折流板式集热器,以增大集热面积,增强空气在流道内的扰流和换热效果。通过数值模拟得到,折流板的不同折形角度(60,90,120°)对集热器集热效率的影响,以及当折流板的折形角度为60°时,不同折流板间距、集热器进口风速条件下集热器的集热效率、热损失系数、热迁移因子和压力损失等。研究结果表明:当集热器进口温度为278 K,环境温度为274 K,集热器进口风速为2 m/s时,若折形角度为60°,则集热器的出口温度最大,为350.35 K,集热效率最高,为55.47%;当折流板间距为350 mm时,集热器的集热效率与热迁移因子最大,分别为57.34%,0.595。     

平板太阳能集热器冬季运行策略优选实验与集热性能对比研究

为进一步改善平板太阳能集热器(FPSC)冬季水温提升能力的不足，通过搭建的实验平台对FPSC冬季运行策略展开多项实验，分析不同运行模式所对应的集热性能以及适用条件，为平板集热器更高效利用提供参考方案。研究发现：单块FPSC高流速运行的集热效率可达63.74%，各项热性能指标参数优异，但水箱温度偏低；串联、并联系统的水温提升能力较单块模式显著增强，全天温升超过30℃，■效率达到5.15%。其中，并联系统的热效率、对流换热系数、热损失系数分别为51.52%、41.95 W/(m²·K)、4.74 W/(m²·K)，明显优于串联系统的45.33%、38.74 W/(m²·K)、4.81 W/(m²·K)，集热性能更佳；系统冬季低流速运行将出现断流现象，同时水箱内部温度分层明显；高流速运行工况下，降低水箱容积将缩短有效集热时间，无法充分吸收太阳辐照能；增大水箱容积虽能减少集热损失，但系统温升下降造成热能品质降低。     

基于微通道的太阳能集热器及其性能模拟

针对传统的平板型太阳能集热器集热效率较低的问题,本文设计了一款微通道集热器,采用数值模拟方法研究了微通道集热器的工作状况,并分析了传统平板型集热器的管中心距在稳态传热条件下对集热器的效率影响。仿真结果表明:相同条件下,平板型集热器的管间距越小,集热效率越高;微通道集热器的平均集热效率比最佳管间距的平板型集热器高9.3%,比常用的两种平板型集热器分别高20.6%、30.6%。该结果有利于优化平板型集热器的设计参数,为微通道集热器的实际应用提供了依据。     

一种槽式太阳能空气集热器热性能的试验研究

为了研究日光温室用槽式太阳能空气集热器的热性能,基于TracePro光学模拟软件设计了一种槽式太阳能空气集热器,对其进行试验研究,分析了不同因素对集热性能的影响规律。实验结果表明,管中空气流速的变化对集热器集热效率和集热量的影响规律是相同的,在不同的流速下,存在最佳空气流速约为4.4 m/s,使得集热器的集热量和集热效率最大,集热量达到373.2 W,集热效率约为25%,此时集热性能最好。对于不同太阳辐照度,正午时刻之前,太阳辐照度越大,集热器的集热效率越大,正午时刻之后,集热器的集热效率基本保持不变,15:40之后集热器集热效率逐渐减小。当太阳辐照度和管中流速相同时,室外温度越高,集热器集热效率越大,集热性能越好。集热管中空气温度沿着集热管出口方向不断增大,太阳辐照度越大,集热管相同位置空气温度越高。该研究结果可为此种槽式太阳能空气集热器在日光温室的应用中提供参考。     

曲面太阳能集热器与平板太阳能集热器的性能对比实验研究

目前传统的平板太阳能集热器存在占地面积大、集热性能差等缺点,在一定程度上制约了其在中国的推广及应用,而新型的曲面太阳能集热器的集热性能有大幅提升。通过实验平台测试了曲面太阳能集热器与平板太阳能集热器在2种安装角度时的集热性能,并分析了这2种太阳能集热器的集热性能差异。结果显示,在相同安装角度时,曲面太阳能集热器的集热效率高于平板太阳能集热器的。     

新型太阳集热器冬季热性能理论研究

研究一种新型百叶式太阳集热器的冬季集热性能,建立基于一维假设条件下的热网络和流动宏观模型,模型的有效性通过了实验验证。利用该模型进行理论计算,讨论结构尺寸、百叶角度及集热板材料等因素与出风口空气温度、通风量、有效利用能及集热效率之间的关系。结果表明,适当增大体型比、百叶角度和风口尺寸有助于提高新型百叶太阳集热器的热性能,夹层内空气体积流量是影响有效利用能或集热效率的关键因素。     

碟式太阳能光热转化单元热损失数值分析

以某碟式太阳能光热转化单元为例,基于集热器尺寸误差、几何结构和运行工况参数,建立了碟式太阳能光热转化单元热损失以及热效率数学模型,开展了碟式太阳能光热转化单元热损失及热效率的定性分析和定量计算。结果表明:各种热损失中,聚光器光学损失Qopt、吸热器再辐射热损失Qrad、反射热损失Qref占总损失的比例相对较大,光学损失Qopt最为显著,达到为58.27%;集热器光学误差δ、采光口直径Dap是影响光热转化单元热损失及热效率的关键因素;降低光学误差δ,减小集热器采光口直径Dap,可有效降低单元热损失值,提高热效率。     

全流道式平板型太阳能集热器的试验研究与模拟分析

以全流道式平板型太阳能集热器为研究对象,首先进行了集热性能试验测试,在此基础上,利用CFD技术对不同排管管径全流道吸热板内传热介质的流动与传热进行模拟。试验结果表明,全流道集热器集热性能好、保温性能优,最高瞬时集热效率可达86.1%,热损失系数仅为4.179 W/(m~2·℃);与有关国家标准比较,最高瞬时集热效率高14.1%,热损失系数低1.82 W/(m~2·℃)。模拟结果表明:全流道板芯在增大流体传热接触面积的同时产生了横向导流作用,使各排管间流体流量分布更为均衡;全流道板芯热阻小,壁面上热流分布均匀,有效地增大了板芯的对流换热。     

双层中空玻璃盖板太阳能平板集热器集热性能实验测试研究

文章提出了一种采用双层中空玻璃盖板且吸热板表面镀有蓝钛膜的太阳能平板集热器,并在不同的工质流量和进口温度条件下对该集热器的集热性能进行实验测试,得到该集热器的瞬时集热效率曲线。研究结果表明,该集热器的集热效率曲线截距为0.83,热损系数为3.1 W/(m~2·K),该集热器的集热性能明显优于其他结构的平板集热器。此外,文章建立了该集热器的数学模型,得到该集热器的总热损系数和热迁移因子的数学表达式。     

太阳能黑腔集热器的设计及实验研究

在黑体概念的基础上,设计了1种新型太阳能腔体集热器,并进行了实验。新型太阳能腔体集热器利用黑腔的高吸收率、泡沫板的良好隔热性以及玻璃板营造的温室效应,使得集热器的整体热损失明显下降,从而提高了集热效率。测试结果表明:集热器内介质为水时,平均温升为15.1℃,最大温升为21℃,热效率最低为53%。各项热损失计算结果表明:黑腔辐射造成的热损失最大,反射热损失和对流热损失很小。新型太阳能腔体集热器结构紧凑,单位体积的有效吸热面积较平板太阳能集热器和真空管太阳能集热器大。     

复合抛物面太阳能集热器热性能分析

对真空管式复合抛物面太阳能集热器的传热模型进行了分析,在总热损失系数、效率因子、热迁移因子和瞬时效率表达式的基础上,建立了有盖板带翅片的复合抛物面集热器性能预测模型,并对有盖板和无盖板两种类型接收器的集热器进行了瞬时效率的对比计算.结果表明：当集热介质与外界环境间温差较小时,在相同辐射强度的情况下,有盖板带翅片的复合抛物面集热器的集热效率反而比无盖板的复合抛物面集热器的集热效率低;而当集热介质与外界环境温差增加到一定程度时,有盖板带翅片的复合抛物面集热器显示了其集热效率高的优点.     

入口脉动对太阳能空气集热器性能影响研究

提出将脉动流引入平板型太阳能空气集热器,通过增加壁面切应力延缓集热器内部积灰速率,提升其长期工作性能。采用数值模拟手段评估了集热器内部积灰对集热性能的影响,探讨了入口正弦型脉动流脉动参数对集热器流动和传热特性的影响。结果表明:在脉动周期内,集热效率基本不随时间变化,除了在0.5～2 Hz小范围低频脉动工况,集热效率均没有超过稳态流动时的集热效率,并且随着无因次振幅和脉动频率的增大,集热效率呈下降趋势;全压损失只随无因次振幅的增大而增加,当无因次振幅增大到1时,全压损失约增加40%左右;平均壁面切应力随无因次振幅和脉动频率的增大而显著增大,当无因次振幅为1,脉动频率为10 Hz时,平均壁面切应力较稳态时可增大132.4%,这将有利于延缓积灰速率并减小积灰厚度,对集热器长期工作性能提升起到积极作用。     

两种全玻璃真空管型太阳集热器集热系统动态特性比较

利用实验研究全玻璃真空管型集热器热模型的结果表明,全玻璃真空管内的容水热容对太阳能热水系统动态特性的影响不容忽略,应在模拟采用的方程中包含热容项。冬季采暖工况下比较全玻璃管及U型管式全玻璃真空管型集热器组成的太阳能热水系统的热性能:集热器的出水温度、水泵的运行、有效集热量等,结果显示,在不考虑热容影响情况下,全玻璃管集热器系统的集热量、热效率稍大于U型管式系统。但考虑实际存在的管内容水热容的影响后,U型管式全玻璃真空管型集热器系统却明显大于全玻璃管真空管型集热器系统。通过不同气候条件下的4个典型地区的模拟结果显示,2种集热器集热系统,U型管式全玻璃真空管型集热系统有相对较高的集热效率。对于容水量差距较大的集热器,完全依靠集热器截距效率、热损失系数难以完全评判太阳能集热系统的有效集热能力。     

蜂窝结构太阳能集热器的性能

一、引言我国的太阳能热利用较为普及的是各种型式的太阳能热水器系统,其中的关键组件是集热器。改善平板太阳能集热器性能的方法之一,是在集热板与透明盖板之间插置一蜂窝结构。这种蜂窝结构能有效地抑制集热板和透明盖板之间的自然对流换热和辐射换热,从而显著减小集热器的热损失,提高热效率。本文论述蜂窝结构平板太阳能集热器的性能分析和实验结果。     

散射占比对低倍CPC热性能影响的对比实验研究

搭建聚光比分别为1.5、2.0和3.0的复合抛物面聚光器(CPC)对比实验系统,在集热器进口温度110℃条件下,对比实验研究散射辐照占总辐照比例(散射占比)对3种聚光比CPC系统集热性能的影响,并对我国不同地区典型辐照资源条件下CPC聚光集热的热性能进行分析。结果表明:散射占比对低倍CPC集热性能有明显影响,对于同一聚光比CPC,CPC热效率均随散射占比的降低而提高;对于不同聚光比CPC,1.5×CPC在散射占比高时热效率最高,3.0×CPC仅在散射占比低的晴天具有最高热效率。     

多孔体太阳空气集热供暖系统热性能实验研究

设计一种多孔体型太阳空气集热器建筑供暖系统。实验研究不同孔径集热板形式和空气循环流动方式对建筑供暖系统热性能及其室内热环境的影响。实测结果表明,集热器进、出风口空气平均温差达24.0℃以上;强制循环方式下孔径1.6mm、孔间距12mm的集热板较孔径5.0mm、孔间距25mm的集热板中心点和出风口温度高6.0℃和4.7℃,集热效率仅相差0.045～0.060;增大孔径对提高集热效率作用不明显;单台1.85m2集热面积晴好天气可使实验房白天室内温度较对比房高约7.0℃,可满足冬季室内温度要求。     

内插管式太阳空气集热器阵列集热性能与流动阻力研究

通过实验对阵列排布的内插管式真空管太阳空气集热系统在上海冬夏工况下的集热特性进行测试分析,同时考察太阳辐射、风量对其性能的影响,并分析此类空气集热器阵列布排流动阻力特性。研究发现,真空管太阳空气集热器串并联方式工作,在冬夏工况下均能获得良好的集热温度,冬季夏季集热温度分别可达87.8、109.3℃;平均集热效率为47.4%,单个集热器压降小于80 Pa,阵列集热器压降小于100 Pa。建立空气集热器串、并联模型,模拟结果显示,随集热器数量从2个增加到6个,串联的压降比并联的压降差值增大,从107.4 Pa增大到323.6 Pa,串联能获得较高的集热温度,但动力消耗增加,并联的集热温度不高,但动力消耗小。