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(yè)大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院

        為了便于對集熱器的集熱效率分析,特做如下假設(shè):

       (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(nèi)、外管沿圓周方向上溫度分布的差異;

       (3)因真空管內(nèi)外管間被抽真空,忽略其導(dǎo)熱和對流問題;

       (4)忽略內(nèi)管和熱管間工質(zhì)的擾動對傳熱的影響。

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

      可得集熱器總熱損失系數(shù)

集熱器總熱損失系數(shù)

       其中hr,re為真空管內(nèi)外管之間的輻射換熱系數(shù);hw為真空管外表面與空氣對流換熱系數(shù);hr,es為真空管外表面與環(huán)境的輻射換熱系數(shù);hm為真空管內(nèi)管和熱管之間介質(zhì)的導(dǎo)熱換熱系數(shù);

       另外一部分熱損失主要是由集熱器內(nèi)熱管至集熱介質(zhì)(水)之間的熱阻產(chǎn)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(fā)段管外壁的傳熱熱阻,R2 為熱管蒸發(fā)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(shí)際吸收的太陽能總輻射量為

集熱器實(shí)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(nèi)管面積;(Tf為獲得的集熱介質(zhì)的溫度(水或水蒸氣);T0為環(huán)境溫度。

      集熱器效率的定義為:在穩(wěn)態(tài)條件下,集熱器傳熱工質(zhì)在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)得到的有用能和實(shí)際吸收的太陽總輻射能之比,即

集熱器效率

        式中Qs為實(shí)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(xué)效率;qs為光照輻射強(qiáng)度。

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