結(jié)構(gòu)參數(shù)對真空管太陽能熱水器性能的影響

【摘要】：為了了解結(jié)構(gòu)及安裝參數(shù)對真空管太陽能熱水器的影響，本文就真空管自身性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)對其的影響做了深入的理論及實驗研究。 論文首先給出在晴朗天氣下真空管熱水器實際采光量Hb,t和集熱器平面采光量Hb,s的計算方法，并以此分析南北向真空管集熱器的結(jié)構(gòu)和安裝參數(shù)對實際日采光量與集熱器表面采光量的比值Rb,t s的影響，分析結(jié)果表明：當(dāng)傾角和方位角在≤10°和20范圍內(nèi)，集熱器的傾角和方位角對Rb,t s的影響不大，而集熱器的管間距對該比值有很大的影響，這意味著，依據(jù)真空管集熱器表面采光量和系統(tǒng)日得熱量來核定系統(tǒng)的性能極不合理。 為進(jìn)一步研究真空管管間距然對系統(tǒng)熱性能的影響，對管間距不同的兩套真空管太陽能熱水器進(jìn)行了對比實驗研究，研究結(jié)果表明：基于真空管集熱器實際采光量計算的系統(tǒng)日均效率基本不受管間距的影響，而基于集熱器平面采光量計算的日得熱量Q17受管間距的影響，管間距越小，Q17越大。 為了全面研究其他參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，建立了描述系統(tǒng)傳熱過程的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，理論結(jié)果與實驗結(jié)果對比表明，所建立的理論模型能準(zhǔn)確地預(yù)測系統(tǒng)的運行特性和性能，在此基礎(chǔ)上，利用所建立的理論模型研究了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和安裝參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，模擬計算結(jié)果顯示：集熱器的傾角、方位角和管間距對基于真空管實際采光量計算的系統(tǒng)日均效率t幾乎沒有影響；管間距對基于集熱器平面采光量的日均效率s和日得熱量Q17有很大的影響，管間距越小， s和Q17越大，依據(jù)現(xiàn)行的檢測方法(GB/T18708)和系統(tǒng)技術(shù)條件（GB/T19141），系統(tǒng)性能越好，然而，管間距越小，管與管之間的相互遮擋越厲害，系統(tǒng)實際采光量和得熱量越小，性能越差。根據(jù)本文理論、實驗及模擬計算的研究可知，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中用來核定家用太陽熱水系統(tǒng)性能的指標(biāo)不能真實反映系統(tǒng)性能，反而會誤導(dǎo)消費者，同時生產(chǎn)廠家可以通過改變管間距來人為地控制產(chǎn)品性能指標(biāo)，建議以t作為系統(tǒng)性能的評價指標(biāo)，或者在太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)條件（GB/T19141）中對管間距做出嚴(yán)格的規(guī)定，以消除管間距對Q17的影響。 為研究集熱器傾角對系統(tǒng)運行特性和性能的影響，對兩套完全一樣但安裝傾角不同熱水器進(jìn)行了對比實驗研究，實驗結(jié)果表明：傾角對集熱器的日采光量有很大的影響，但對系統(tǒng)的熱效率幾乎沒有影響，而且系統(tǒng)的日平均效率幾乎不受氣候條件影響，因此，真空管太陽能熱水器要獲得最大的年得熱量，其最佳安裝傾角應(yīng)該使系統(tǒng)的年采光量最大。實驗結(jié)果還顯示，增加集熱器的傾角對系統(tǒng)熱性能沒有任何正面影響，對于傾角小的系統(tǒng)，來自水箱的冷水沿著真空管的下壁流向封閉端，被真空管加熱后沿著真空管的上壁返回水箱，流動路線清晰，而傾角大的系統(tǒng)，由水箱進(jìn)入真空管的冷水在沿著下壁流向封閉端的途中，不斷地與沿真空管上壁流動的熱水混合，導(dǎo)致冷水不能順利流向封閉端，如果真空管太長，有可能在真空管的封閉端出現(xiàn)死水器。這意味著，真空管不能垂直安裝。 夜間實驗結(jié)果表明：自然循環(huán)真空管太陽能熱水系統(tǒng)夜間存在倒流，傾角越大，倒流越大，倒流的大小似乎與夜間天氣的類型沒有關(guān)系，但與環(huán)境溫度有關(guān)。實驗測量表明，真空管熱水系統(tǒng)夜間的能量損失主要是源于水箱，而倒流引起的熱能損失不大，占系統(tǒng)總的損失熱量的8%-10%。與平板型太陽能熱水器相比，真空管因倒流引起的熱量損失要得多，可見，真空管太陽能熱水器的夜間保溫性能比平板型太陽能熱水器更好。 【關(guān)鍵詞】：真空管太陽能熱水器 運行特性 熱性能 實驗研究 理論研究
【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：S214.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 選題的背景10-11
• 1.2 太陽能熱利用發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 國外太陽能熱利用發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)太陽能熱水器發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 真空管太陽能熱水器的研究現(xiàn)狀13-18
• 1.4 研究內(nèi)容及研究方法18-20
• 1.4.1 研究內(nèi)容18-19
• 1.4.2 研究方法19-20
• 第2章 真空管集熱器實際采光量與表面采光的比值20-27
• 2.1 南北向真空管集熱器采光量的計算方法20-23
• 2.2 參數(shù)對R_(b,t-s)值的影響分析23-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 傾角對真空管太陽能熱水器白天運行特性的影響27-44
• 3.1 實驗裝置27-28
• 3.2 實驗方法28-33
• 3.2.1 實驗測試方法28-31
• 3.2.2 真空管熱損系數(shù)的測量31-33
• 3.3 實驗結(jié)果及分析33-43
• 3.3.1 集熱器傾角對家用真空管太陽能熱水器熱效率的影響33-38
• 3.3.2 集熱器傾角對真空管中水流動特性的影響38-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第4章 管間距對真空管太陽能熱水器運行特性的影響44-51
• 4.1 真空管太陽能熱水器性能評價指標(biāo)44-45
• 4.2 實驗裝置45-47
• 4.3 實驗方法47-48
• 4.4 實驗結(jié)果與分析48-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 第5章 真空管太陽能熱水器性能的模擬分析51-63
• 5.1 理論模型51-52
• 5.2 理論模型的實驗驗證52-58
• 5.3 模擬分析傾角和方位角變化對系統(tǒng)性能的影響58-60
• 5.4 模擬分析管間距變化對系統(tǒng)性能的影響60-61
• 5.5 本章小結(jié)61-63
• 第6章 真空管太陽能熱水器夜間運行特性及性能63-76
• 6.1 實驗設(shè)備63-64
• 6.2 實驗方法64-66
• 6.3 真空管內(nèi)倒流的估算方法66
• 6.4 實驗結(jié)果與分析66-75
• 6.4.1 不同傾角熱水器夜間運行特性66-71
• 6.4.2 真空管熱水器夜間熱損失71-72
• 6.4.3 真空管熱水器與平板型家用熱水器夜間熱能損失對比72-75
• 6.5 本章小結(jié)75-76
• 第7章 論文結(jié)論與展望76-79
• 7.1 論文結(jié)論76-77
• 7.2 存在的問題與展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-82
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文82-83
• 致謝83

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