太陽(yáng)能中溫?zé)峁芙邮掌髟O(shè)計(jì)研究
不同蒸汽溫度下的熱管蒸發(fā)段傳熱系數(shù)曲線見(jiàn)圖4、熱管冷凝段傳熱系數(shù)曲線見(jiàn)圖5.由圖4、圖5可以看出,隨著傳輸功率的增大,熱管蒸發(fā)段和冷凝段傳熱系數(shù)都增加。熱管蒸發(fā)段包括液池段和液膜段兩部分,其傳熱過(guò)程為:在傳輸功率較小的情況下為薄膜蒸發(fā),傳輸功率較大的情況下會(huì)產(chǎn)生飽和核態(tài)沸騰傳熱。熱管冷凝段傳熱過(guò)程為膜狀凝結(jié),當(dāng)液膜雷諾數(shù)Re,7.5時(shí),認(rèn)為液膜為光滑層流;當(dāng)7.5
熱管蒸發(fā)段周向平均溫差如圖6所示,熱管管內(nèi)蒸汽溫度為250和300 oC時(shí),周向平均溫差為10℃左右,蒸汽溫度為350和380℃時(shí),周向平均溫差為3℃左右。周向平均溫差定義是熱管蒸發(fā)段3個(gè)截面最大溫差的平均值。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),溫度為250和300℃時(shí),3個(gè)截面溫度分布相似,均為截面下表面溫度高,上表面溫度低;蒸汽溫度為350和380 oC時(shí),接近冷凝段的截面溫度分布為上表面溫度高,下表面溫度低,與另外2個(gè)截面剛好相反,所以平均值變小。
3 中接收器性能分析
本節(jié)主要分析熱管應(yīng)用到DSG系統(tǒng)接收器中對(duì)接收器性能的改進(jìn),包括2個(gè)方面:接收器可靠性和接收器熱效率。
3.1 中研究,發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用普通鋼管作為吸熱管時(shí),吸熱管周向最大溫差為40 oC.Almanza等研究結(jié)果顯示普通吸熱管周向最大溫差為60℃。為改善吸熱管周向溫差,Vicente等¨糾采用銅鋼復(fù)合管替代普通鋼管作為吸熱管,結(jié)果表明吸熱管周向溫差降至8℃,效果顯著。根據(jù)模擬試驗(yàn)的結(jié)果,筆者開(kāi)發(fā)的中太陽(yáng)能集熱器穩(wěn)態(tài)傳熱模型,將上節(jié)模擬試驗(yàn)得到的中溫?zé)峁苷舭l(fā)段和冷凝段的傳熱系數(shù)代人模型中,可算得中溫?zé)峁芙邮掌鞲鞑考囟确植?,接收器熱效率?jiàn)圖7、圖8.由圖8可以看出,中溫?zé)峁芙邮掌鳠嵝瘦^高,當(dāng)流體平均溫度與環(huán)境溫度差為330℃時(shí),熱效率仍然高達(dá)0.8,驗(yàn)證了中溫?zé)峁芙邮掌鲀?yōu)良的傳熱性能。模擬計(jì)算中取太陽(yáng)輻射值為800 W/m2,系統(tǒng)流量為0.2 kg/s,系統(tǒng)壓力為4 MPa,環(huán)境溫度為20℃,集熱器參數(shù)見(jiàn)表1.
4 結(jié)論
1)熱管技術(shù)用于中溫太陽(yáng)能接收器中大大改善了吸熱管周向溫差,熱管管內(nèi)蒸汽溫度為250和300 oC時(shí),周向平均溫差為lO℃左右,最大值低于13℃。蒸汽溫度為350和380℃時(shí),周向平均溫差僅為3℃左右,達(dá)到了與銅鋼復(fù)合管相當(dāng)?shù)男Ч?熱管蒸發(fā)段與冷凝段分離,汽水混合物對(duì)管路的沖擊很難傳遞到蒸發(fā)段,提高了接收器可靠性。
2)中溫?zé)峁芙邮掌骶哂休^高的熱效率,當(dāng)流體平均溫度與環(huán)境溫度差為330℃時(shí),熱效率仍然高達(dá)0.8.這驗(yàn)證了熱管技術(shù)用于中溫太陽(yáng)能接收器中的可靠性和優(yōu)越性。
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