熱二極管傳熱性能及其在儲能式太陽能集熱器中的應用研究.pdf

1、目前,隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展,傳統(tǒng)能源危機日益嚴峻。加快新能源特別是太陽能的開發(fā)利用力度,已成為我國迫在眉睫的一項任務?，F(xiàn)在應用最廣的全玻璃真空管太陽能集熱器和平板型太陽能集熱器,雖然工藝技術(shù)較為成熟,但都存在集熱效率不高、缺乏儲能設(shè)備,用水清潔度得不到保證等不足之處。因此本文創(chuàng)新性的提出一種融集熱、儲熱,提熱于一體的新型太陽能集熱器概念。這種集熱器采用傳熱效率高的熱二極管作為傳熱元件,同時利用相變儲能材料將白天吸收的太陽輻射能儲存起來

2、供夜間產(chǎn)生熱水使用。這樣既解決儲能問題,又實現(xiàn)熱水即產(chǎn)即用,從而保證用水的清潔衛(wèi)生。
　　 本文以理論結(jié)合實驗的方法,研究了單根熱二極管和儲能式熱二極管太陽能集熱器的熱性能。首先,理論分析熱二極管工作原理和傳熱特性,以電加熱模擬太陽輻射的方式,通過實驗研究加熱段和絕熱段傾角、工質(zhì)充液率、工質(zhì)種類,管徑等因素對熱二極管的傳熱影響；其次,通過實驗測試儲能式熱二極管太陽能集熱器的相關(guān)傳熱參數(shù)。主要包括:集熱器吸熱板工作溫度的變化規(guī)律、

3、熱二極管實際工作性能、儲能材料相變規(guī)律和溫度場分布、取熱時水溫升和銅管總傳熱系數(shù)的關(guān)系,以及水流量對銅管換熱性能的影響。
　　 實驗結(jié)果表明,影響熱二極管傳熱性能的主要因素包括以下幾方面。當加熱段和絕熱段傾角的組合使得加熱段內(nèi)工質(zhì)充注率為80-90％時,冷熱段溫差在3℃以內(nèi),傳熱效率可達83％；分別充注水、乙醇、丙酮的熱二極管中,丙酮熱二極管具有較好的啟動性能,啟動時間不超過3分鐘,且冷熱段溫差最??；一般管徑越粗,蒸發(fā)段溫度越低

4、,輸出功率越大。另外,儲能式熱二極管太陽能集熱器的實驗研究表明,吸熱板工作時中間各點溫度較為一致,邊緣處則偏低5-8℃；熱二極管應用于太陽能集熱時,在低太陽輻照度下啟動時間較長,正常工作狀態(tài)下具有較好的等溫傳熱性；儲能箱內(nèi)不同高度的儲能材料相變速率不同。中部的儲能材料相變耗時最短,底部次之,頂部最長；通水取熱過程中,水的溫升在起初一定時間內(nèi)保持穩(wěn)定,隨后逐漸減小；由于儲能材料內(nèi)部傳熱系數(shù)較低,換熱銅管總傳熱系數(shù)不高；另外,隨著水流量的增