非真空槽式集熱管的熱力性能研究.pdf

1、隨著世界化石能源的日益枯竭，以及使用化石能源所造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問(wèn)題的凸顯，世界各國(guó)日益重視太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能等可再生能源的開(kāi)發(fā)利用。
　　 太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)是規(guī)?；_(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的一種方式。作為目前唯一商業(yè)化的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)，槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電得到了一定的推廣應(yīng)用。真空集熱管作為槽式熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，其熱力性能和可靠性直接影響到槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的初始投資和發(fā)電成本。真空集熱管在高溫下運(yùn)行時(shí)，由于金屬管與玻璃管

2、線(xiàn)膨脹系數(shù)不一致，金屬管與玻璃管在封接處不同的熱形變導(dǎo)致不同的熱應(yīng)力，而且熱應(yīng)力隨太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化而變化，這容易致使封接處的密封失效，甚至導(dǎo)致玻璃管破裂。真空管失效和損壞是太陽(yáng)能熱電站經(jīng)濟(jì)損失的最主要因素。因此，新型金屬管和玻璃管的封接技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　 不同環(huán)境條件下槽式集熱管熱力性能的獲得是研發(fā)新型金屬管和玻璃管的封接技術(shù)的基礎(chǔ)。為此，本課題采用理論分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法研究了槽式集熱管的熱力性能，

3、提出了以玻璃管外壁面溫度快速且準(zhǔn)確的判別集熱管真空的方法，并以復(fù)合拋物面型槽式集熱器(CPC)為主體做了集熱管熱損失測(cè)試的實(shí)驗(yàn)研究，取得了如下研究結(jié)果：
　　 1．理論推導(dǎo)出玻璃管外壁面溫度與集熱管熱損失的關(guān)系表達(dá)式，結(jié)合PTR70真空集熱管實(shí)驗(yàn)擬合關(guān)聯(lián)式，確定了不同風(fēng)速、環(huán)境溫度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度以及管內(nèi)循環(huán)工質(zhì)溫度下，PTR70真空集熱管處于良好運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的玻璃管外壁面溫度范圍，并在此基礎(chǔ)上討論了真空失效和玻璃管破裂分別對(duì)集熱管

4、熱力性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境變化僅改變玻璃管外壁面溫度，對(duì)集熱管熱損失的影響相對(duì)較小；工質(zhì)溫度是影響PTR70真空集熱管熱損失的最主要因素；真空失效導(dǎo)致玻璃管外壁面溫度和熱損失都大幅增加，當(dāng)風(fēng)速為2m/s時(shí)，玻璃管外壁面溫度為138.65℃，和夾層真空時(shí)相比，在相同工況下，高了約100℃，熱損失為1046.01W/m，近似為集熱管正常運(yùn)行時(shí)的7倍，夾層漏入氧氣對(duì)玻璃管外壁面溫度和熱損失的影響略小于夾層漏入空氣的情形；玻璃管破裂后，金屬

5、管直接與周?chē)h(huán)境進(jìn)行換熱，相同環(huán)境條件下，熱損失大約為夾層保持真空時(shí)的16倍。
　　 2．研發(fā)出了復(fù)合拋物面型槽式集熱器(CPC)，并在蘭州市皋蘭縣陽(yáng)洼窯村小學(xué)做了集熱管熱力性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)研究，得到了不同天氣情況下CPC內(nèi)工質(zhì)悶曬溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)期間，晴天天氣情況下，管內(nèi)工質(zhì)溫度升高7.41℃/h，多云天氣情況下，管內(nèi)工質(zhì)溫度升高4.43℃/h;利用玻璃管外壁面溫度衡量熱損失的方法，計(jì)算了集熱管在不同時(shí)段的熱損失。<

6、br>　　 本課題的創(chuàng)新點(diǎn)在于：
　　 1．提出以玻璃管外壁面溫度判別集熱管真空的方法，揭示了夾層真空度對(duì)集熱管熱力性能的影響。
　　 2．實(shí)驗(yàn)獲得了蘭州地區(qū)非真空槽式集熱管的熱力性能。
　　 作為槽式熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，真空集熱管直接影響到槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的初始投資和發(fā)電成本，其熱力性能和可靠性主要取決于金屬管與玻璃管的封接方法，而不同環(huán)境條件下槽式集熱管熱力性能又是研發(fā)新型金屬管和玻璃管的封接技術(shù)的基