改进型微热管平板太阳能空气集热器性能分析

近年来,以空气作为换热介质的太阳能集热器越来越受到重视。本文以微热管阵列为核心传热元件,设计并搭建了改进型微热管平板太阳能空气集热器性能测试系统。通过实验研究了不同空气流量和不同进口温度对集热器集热性能的影响,获得相应参量对集热器的出口空气温度、集热效率和微热管阵列蒸发段温度的影响特性,分析对比了改进前后集热器的集热性能,得到了集热器效率的归一化曲线。实验结果表明,改进型微热管平板太阳能空气集热器在夏季240 m³/h空气流量时集热性能最佳,改进后的集热器相比原集热器在夏季的平均集热效率最高同比提升13.8%;在240 m³/h风量下的平均集热效率最高达到了74%,对应集热器的压降为9.2 Pa。     

轻质双层纺织基太阳能空气集热器的集热性能试验研究

纺织基太阳能空气集热器作为轻质柔软的太阳能集热器,在中低温集热领域具有潜在的应用前景。文章设计了新型双层纺织基太阳能空气集热器,并进行户外试验,探究单双层结构、间隔丝密度、空气质量流量对集热器性能的影响。研究结果表明:在空气质量流量为0.023 kg/(m²·s)时,双层纺织基太阳能空气集热器热转移因子和总热损系数分别为0.97和5.87 W/(m²·℃),集热性能优于同条件下单层结构集热器;进出口空气温差和集热效率随间隔丝密度的增加而增加;集热效率随空气质量流量的增加而增加,当空气质量流量为0.037 kg/(m²·s)时,间隔丝密度为36根/cm²的集热器集热效率为0.64。     

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。     

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。     

基于TRNSYS的太阳能谷电蓄能供热采暖系统性能研究

为了研究太阳能谷电蓄能供热采暖系统运行特性,采用TRNSYS软件建立系统各部件模型,分析了太阳能辐照强度、集热面积和空气流量对系统太阳能保证率的影响,对系统进行优化研究。结果表明：太阳能辐射强度对系统太阳能保证率的影响较大,拉萨全年太阳能保证率波动比上海和北京小;太阳能保证率与集热面积呈正相关;空气流量对太阳能保证率影响较小,当空气流量为40 m³/(h∙m²) 时太阳能保证率最大,相比36 m³/(h∙m²)工况提高了0.26%;选择集热面积为650 m²、最佳空气流量为40 m³/(h∙m²) 的优化系统,相比集热面积为716 m²、空气流量为36 m³/(h∙m²) 工况下的年均太阳能保证率降低了1.22%。本研究可为太阳能谷电蓄能系统的后续研究提供参考。     

基于太阳能炕的主被动复合采暖建筑的实验研究

研究一种新型的太阳能主被动复合采暖民居设计,对该系统的运行情况进行系统的实验研究。该系统结合太阳能被动式空气集热器及太阳能炕系统:太阳能炕将太阳能的应用与炕床高效的能量利用相结合,替代火炕提供舒适的睡眠环境;太阳能空气集热系统对日间的室内环境进行加热。实验工作在青海省实地展开,对系统的3种不同工作模式(太阳能炕子系统单独运行、太阳空气集热系统单独运行、太阳能炕系统与太阳能空气集热系统同时运行)进行测试。结果表明,太阳能炕夜间表面温度可保持在27~38℃之间。空气集热系统可提高室内温度4℃。     

一种采用腔体吸收器的线性菲涅尔太阳集热器性能分析与优化

通过理论与实验的方法,对一种采用方形腔体吸收器的线性菲涅尔太阳集热器的集热性能进行研究,分析影响菲涅尔集热器光学性能和集热性能的影响因素,通过Matlab编程模拟集热器的集热性能,并由实验测试进行验证。该集热器的光学效率为78.6%,最高集热温度为180℃,在集热温度80~150℃的范围内,集热效率从52.3%变化到36.2%,热损系数从9.5 W/(m~2?K)升至22.8 W/(m~2?K)。与此同时,通过Trace Pro软件模拟,对集热器的设计结构进行优化分析。研究表明:该菲涅尔太阳集热器具有良好的集热性能,在适宜的天气条件下运行稳定可靠,且具有易搭建、维护简单和技术经济性好的特点,在中温太阳能的热利用领域具有良好的应用前景。     

直通式真空管空气集热器热性能实验及干燥应用

在直通式太阳能玻璃真空管空气集热器基础上改进联箱结构,并搭建测试平台对该种改进型空气集热器进行热性能实验研究。通过实验比较改进前后集热器的温升和效率,获得改进后集热器出口温度与太阳辐照度关系的线性回归方程,掌握不同空气质量流量对集热器出口温度和集热效率的影响规律,分析得到该种真空管的最佳串联个数,并对应用该种集热器的太阳能干燥系统的干燥效果进行初步测试分析。该研究结果可为太阳能空气集热干燥系统的设计及应用提供参考。     

基于TRNSYS的CPC集热器太阳能热水系统的模拟分析

通过TRNSYS软件搭建了复合抛物面聚光器(CPC)集热器太阳能热水系统模型,对广州地区某小型别墅的太阳能热水系统进行了设计,并观察系统在1年(8760 h)中的运行情况。选取了系统在4个典型日的运行情况进行分析,得到了CPC集热器在春分日和冬至日的最高出口温度分别为67.5℃和68.2℃,在夏至日和秋分日的最高出口温度分别为85.7℃和83.3℃。CPC集热器的集热效率随进口流量的增大而增大,随进口温度的下降而升高;经测试,CPC集热器的最佳安装倾角为22°。对CPC集热器和平板集热器的集热性能进行比较后发现,二者的集热功率基本均随太阳辐照度的增加而增加,在冬至日12:00~15:00这个时段,CPC集热器的集热功率是平板集热器的1.5倍。     

两种聚光器联合驱动的鼓泡加湿除湿型太阳能海水淡化系统实验研究

设计一个由太阳能空气集热器和曲面菲涅尔透镜联合驱动的鼓泡加湿除湿型太阳能海水淡化系统,介绍该系统的结构和运行原理,对多曲面聚光器的聚光特性进行光学仿真分析,对装置各部件的能量进行平衡计算,测试系统在实际天气条件下的产水性能,给出太阳辐照度、装置运行温度和产水效率随时间的变化关系。当太阳辐照度平均为795 W/m2时,该装置集热管出口温度最高为64.8℃,产水量约为9.48 kg/d,整体系统热效率为43.5%。     

风光联合制热的系统设计分析

研究日用250 L、温度为55℃热水的某农场发现：单独风力机制热,需要匹配5 kW的风力制热系统;单独太阳能集热,需要匹配20 m²太阳能制热系统,且不能100%全年满足用户需求。太阳能集热的介入,能够有效提高风力制热系统制热效率,提升效果会随着风力机功率的增加而减弱;风力制热的介入,能够有效减小太阳能集热系统水温波动,提高系统稳定性。采用4 m²太阳能集热+4 kW的风力制热系统的风光联合制热系统能够满足用户制热需求,夏秋两季(2 160～6 552 h)内,采用4 m²太阳能集热+2 kW的风力制热就能满足制热需求,将多余的风能用于发电,每年累计发电量为2 193.2 kWh,每年创造1 228.2元的收益。     

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.     

两种直膨式太阳能集热/蒸发器性能对比实验研究

以直膨式太阳能热泵系统的集热/蒸发器为研究对象,设计一种新型优化集热/蒸发器,通过实验对比测试其在换热能力、温度均匀性、流动压力损失方面与原型集热/蒸发器的差异。研究结果表明：在环境温度为4.7℃,平均辐照度为454.8 W/m²的工况条件下,采用新型优化集热/蒸发器的系统COP可达到4.3,得热因子为1.752,无量纲压强损失系数为0.05,均优于原型集热/蒸发器,为集热/蒸发器的设计优化理论提供了实验验证。     

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。     

光伏直驱PV/T双源热泵热水系统性能研究

针对传统太阳能光伏光热PV/T双源热泵存在的热力性能差、能量损耗大等问题,提出一种光伏直驱PV/T双源热泵制热水系统(太阳能+空气源),并对系统进行实验研究。结果表明,在室外平均环境温度27.9℃、平均太阳辐射强度691.1 W/m²的夏天户外实验工况下,系统运行约4 h,将250 L 26.5℃的水加热到目标温度55℃,热泵平均COP为8.83。实验期间,PV/T光伏组件的平均温度比同样工况下的纯参比光伏组件温度降低9.8℃,光电性能相对提高17.53%。     

微通道平板集热器太阳能热水系统模拟分析

以丽江市某农村居住建筑为研究对象,设计了一种微通道平板集热器太阳能热水系统,并使用TRNSYS仿真软件建立了该系统仿真模型,采用控制变量法模拟分析了不同集热器设计参数对集热器出口温度及集热效率的影响。结果表明：集热器面积分别为2 m²、3 m²、4 m²时,集热器最大出口温度分别为58.2℃、77.6℃、95.7℃,最大集热效率分别为67.6%、63.5%、59.4%;集热器进口温度分别为15℃、20℃、25℃时,集热器最大出口温度分别为58.2℃、62.4℃、66.5℃,最大集热效率分别为65.6%、64.4%、63.1%;集热器进口流量分别为20 kg/h、25 kg/h、30 kg/h时,集热器最大出口温度分别为58.2℃、50℃、44.5℃,最大集热效率分别为65.6%、66.6%、67.2%;集热器倾角分别为30°、45°、60°时,集热器最高出口温度分别58.8℃、61.4℃、54.0℃,最大集热效率分别为66.9%、70.7%、59.6%。     

漂浮式聚光升膜多效太阳能蒸馏器的性能研究

提出一种漂浮在海面上进行淡化产水的聚光升膜多效太阳能蒸馏器，该淡化装置包含一个抛物面聚光镜和多个垂直布置的蒸发-冷凝单元。采用吸水芯作为蒸发器，利用毛细吸力使海水形成上升的液膜，有效减少了加热损失。建立理论模型分析装置内部的传热传质过程。通过实验研究不同运行参数对装置温度、产水量和比能耗的影响。室内稳态研究结果表明，当太阳辐照度为900 W/m²时，蒸馏器内部温差为56.9℃，产水率可达到2.64 kg/(m²·h)。在户外平均太阳辐照度为603.7 W/m²的条件下，装置一天产水量为5.3 kg/(m²·d)，日平均比能耗为1591.6 kJ/kg。     

一种基于新结构的线性腔式太阳能集热器研究

提出一种适用于槽式太阳能热发电系统的新型线性腔式集热器。通过Tracepro模拟聚光镜焦距、弧形结构及开口宽度对系统光学性能的影响;采用热网络模型对该集热器的传热性能进行参数化研究,确定优化的集热器结构为优弧型,开口宽度为70 mm,与其匹配的聚光镜焦距为2100 mm。研究结果表明,当太阳直射辐射强度为500 W/m2,集热温度为650 K时,系统光热转换效率达65.3%。与一类传统真空管集热器的对比表明,该新型线性腔式集热器的集热性能优于UVAC Cermet直通式真空管集热器。另外,该线性腔式集热器生产和维护成本明显低于真空管集热器,对于促进槽式太阳能热发电技术具有重要意义。     

无盖板渗透型太阳能空气集热器热性能的实验研究

无盖板渗透型太阳能空气集热器是一种易于实现建筑一体化的高效新风预热及干燥装置。为了掌握无盖板渗透型集热器在实际工况下的热性能,建造了集热面积为2.2 m2的太阳能空气加热系统实验台,并在2009年2月至2009年4月对其热性能进行了户外瞬态实验研究。实验结果表明出口空气温度随辐射强度的增加而升高,太阳辐射强度是影响集热器出口空气温度的最重要因素,而室外空气温度的影响极小。空气温升随风量的增加而减小,集热器热效率随风量的增加而增大。在三个测试日中集热器的平均热效率分别为58%、63%和72%,高于普通平板太阳能空气集热器。     

熔盐横向冲刷过冷沸腾水传热特性实验研究

熔盐-汽水换热器性能直接影响塔式太阳能热电站的发电效率,以太阳盐为工质,实验研究了熔盐横掠冲刷管内过冷沸腾水传热特性,工况参数为：熔盐质量流速504～594 kg/(m²·s),熔盐温度350～560℃;管侧质量流速135～226 kg/(m²·s),入口温度260℃,热流密度65～465 k W/m²。研究影响熔盐换热器传热,特性的关键参数与次要参数,其中熔盐温度及水侧压力对传热特性影响较大。最后,将实验数据与文献中的关联式进行了对比分析。