U型管式真空集熱管傳熱特性數(shù)值研究.pdf

1、太陽能作為一種可再生能源，它的開發(fā)利用是降低化石燃料能源消耗及改善環(huán)境質(zhì)量的有效途徑。而太陽能真空集熱器作為太陽能利用的有效形式，其傳熱性能的研究越來越受到重視。U型管式玻璃真空管集熱器以其承壓能力大，耐凍性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在我國得到了廣泛的應(yīng)用。目前，對U型管式真空集熱管的研究以一維的理論研究為主，而缺少對三維U型管式真空集熱器內(nèi)導(dǎo)熱、輻射與對流耦合傳熱特性的研究。研究U型管式真空集熱器的傳熱機(jī)理對提高U型管式真空集熱器的光熱轉(zhuǎn)換效率及其太陽

2、能綜合利用效率，具有重要的學(xué)術(shù)價值。因此本文用數(shù)值求解的方法對三維U型管式真空集熱管的傳熱機(jī)理和傳熱模式進(jìn)行深入研究，主要研究工作如下:
　　首先，建立了U型銅管、鋁翼U型真空集熱管以及U型填充式真空集熱管的三維物理模型和數(shù)學(xué)模型，計(jì)算中考慮了U型玻璃真空集熱管內(nèi)的導(dǎo)熱、輻射和對流耦合傳熱，邊界條件采用非均勻邊界條件，使傳熱模型更接近實(shí)際情況。
　　其次，以U型銅管為研究對象，用數(shù)值求解的方法計(jì)算分析了影響U型管內(nèi)傳熱特性的

3、主要因素。計(jì)算結(jié)果表明，U型管內(nèi)流體的自然對流明顯的增強(qiáng)了U型管內(nèi)的換熱系數(shù)，當(dāng)U型管壁熱流密度為1000W/m2時，管內(nèi)為混合對流時U型管內(nèi)的換熱系數(shù)較純強(qiáng)迫對流時的管內(nèi)換熱系數(shù)增加了近一倍。
　　第三，研究了鋁翼U型真空集熱管的傳熱特性。分析了鋁翼U型真空集熱管吸熱玻璃管內(nèi)壁與鋁翼之間的空氣隔層以及鋁翼與U型管間的空氣隔層對鋁翼型U型集熱管傳熱特性的影響。同時對影響鋁翼U型真空集熱管的主要因素進(jìn)行了分析，包括流體混合對流、太陽

4、輻射強(qiáng)度、流體進(jìn)口溫度、流體進(jìn)口速度。研究結(jié)果表明，吸熱玻璃管內(nèi)壁與鋁翼間的空氣隔層使得集熱管的熱效率下降了6％左右。
　　第四，研究了U型填充式真空集熱管的傳熱特性。分析了填充物導(dǎo)熱系數(shù)、邊界條件、管內(nèi)流體自然對流以及太陽輻射強(qiáng)度、流體進(jìn)口流速、流體進(jìn)口溫度等對U型填充式真空集熱管傳熱特性的影響。同時對比分析了鋁翼U型真空集熱管與U型填充式真空集熱管的傳熱特性。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，填充物導(dǎo)熱系數(shù)對集熱管內(nèi)的溫度分布有很大影響，不同填充