槽式真空熱管集熱器的熱效率分析

2009-05-17 徐吉富 南京工業大學機械與動力工程學院

        為了便于對集熱器的集熱效率分析,特做如下假設:

       (1)忽略玻璃管及其厚度方向上的溫度差異;

       (2)忽略真空管內、外管沿圓周方向上溫度分布的差異;

       (3)因真空管內外管間被抽真空,忽略其導熱和對流問題;

       (4)忽略內管和熱管間工質的擾動對傳熱的影響。

       為了便于在給定環境溫度和真空管內工質溫度的條件下對集熱器的進行傳熱計算,這里引入集熱器熱損系數Ue,它主要由真空管與環境(輻射和對流熱損失),真空管內外管(主要是熱輻射)以及真空管內管與熱管間工質(以導熱為主)三部分組成。

      可得集熱器總熱損失系數

集熱器總熱損失系數

       其中hr,re為真空管內外管之間的輻射換熱系數;hw為真空管外表面與空氣對流換熱系數;hr,es為真空管外表面與環境的輻射換熱系數;hm為真空管內管和熱管之間介質的導熱換熱系數;

       另外一部分熱損失主要是由集熱器內熱管至集熱介質(水)之間的熱阻產生,其大小為

R = R1+R2+R3+R4+Rf (2)

      式中Rf 為熱管的冷凝段與水的傳熱熱阻;R1 為蒸發段管外壁的傳熱熱阻,R2 為熱管蒸發端液汽界面相變傳熱熱阻,R3 為熱管冷凝端汽液界面相變傳熱熱阻,R4 為冷凝段外壁的傳熱熱阻,℃/W。

       集熱器實際吸收的太陽能總輻射量為

集熱器實際吸收的太陽能總輻射量

      式中F'為槽式真空管熱管集熱器的效率因子;Ar為真空管內管面積;(Tf為獲得的集熱介質的溫度(水或水蒸氣);T0為環境溫度。

      集熱器效率的定義為:在穩態條件下,集熱器傳熱工質在規定時間段內得到的有用能和實際吸收的太陽總輻射能之比,即

集熱器效率

        式中Qs為實際吸收的太陽總輻射能,W;CR集熱器的幾何聚光比;ηop為集熱器的光學效率;qs為光照輻射強度。

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