相變儲能型太陽能真空集熱管內(nèi)相變傳熱研究.pdf

1、太陽能是取之不盡，用之不竭的清潔能源，在當(dāng)今能源供給緊張，環(huán)境問題日益突出的形勢下太陽能的利用備受重視。太陽能與建筑一體化是現(xiàn)在太陽能集熱器發(fā)展的主流方向之一。本文提出一種新型的相變儲能型太陽能真空集熱管，該真空集熱管組成的熱水系統(tǒng)與傳統(tǒng)太陽能熱水系統(tǒng)相比不需要儲熱水箱，利用相變蓄熱原理將太陽輻射能儲存在相變材料內(nèi)并在需要時(shí)釋放出來。結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算與試驗(yàn)研究，對集熱管內(nèi)的相變傳熱過程進(jìn)行了分析與探討，并對翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2、>　　在太陽輻射基本原理的基礎(chǔ)上，以南京地區(qū)為例，計(jì)算各時(shí)間段內(nèi)太陽輻射強(qiáng)度，為下文真空管內(nèi)的傳熱研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。選擇管長為1800mm，內(nèi)徑105mm的玻璃管作為新型相變儲能型集熱管的真空管，選擇石蠟為蓄熱材料，徑向分布有金屬翅片的U型銅管作為流體換熱通道。對太陽能真空集熱管進(jìn)行傳熱分析，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)集熱管吸收的太陽能輻射以及對周圍環(huán)境的熱損失，得出集熱管獲得的有用能。對比相變儲能傳熱過程的求解方法，確定焓——孔隙率法作為相變過程

3、的計(jì)算模型并給出控制方程。
　　運(yùn)用CFD軟件對帶金屬翅片的相變儲能型真空集熱管建立三維模型，采用用戶自定義函數(shù)UDF對真空管8:00-17:00獲得的有效輻射熱流編程，并導(dǎo)入模擬軟件作為邊界條件。模擬結(jié)果表明，上午10:00左右，集熱管頂部石蠟開始熔化，石蠟整體溫度較為平均，10:00-14:20為石蠟相變蓄熱時(shí)間段，此過程石蠟體平均溫度上升緩慢，但內(nèi)部石蠟溫差不斷變大，13:00時(shí)頂部石蠟與底部石蠟的溫差達(dá)到了90K。石蠟完全

4、熔化后，溫度上升加快，自然對流加速了石蠟的換熱過程，進(jìn)一步縮小內(nèi)部溫差。
　　優(yōu)化金屬翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對翅片厚度1mm，2mm，4mm，8mm，翅片間距為10mm，20mm，40mm，80mm的蓄熱單元進(jìn)行模擬，分析不同翅片結(jié)構(gòu)對石蠟熔化過程及熔化時(shí)間的影響。結(jié)果表明，石蠟的熔化時(shí)間隨著翅片厚度的增加與間距的減小而減小，翅片間距對相變傳熱的影響要大于翅片的厚度，當(dāng)翅片間距達(dá)到80mm時(shí)翅片厚度對傳熱過程的影響甚微。當(dāng)翅片間距小于1