蜂窩熱管平板式太陽能熱水器的研究

【摘要】： 本文研究設(shè)計了一種新型的蜂窩熱管平板式太陽能熱水器，其特點(diǎn)是同時應(yīng)用了熱管技術(shù)和蜂窩技術(shù)的平板式太陽能熱水器。首先分析了目前國內(nèi)太陽能熱水器現(xiàn)狀及它們的優(yōu)缺點(diǎn)以及今后的發(fā)展趨勢，在此基礎(chǔ)上提出了本文的研究課題。本研究中用到的熱管是重力熱管。重力熱管具有熱二極管特性，并且具有較強(qiáng)的傳熱能力和較高的等溫性，這使得熱管在太陽能的熱利用中得到應(yīng)用。而在透明玻璃蓋板和吸熱板之間放置蜂窩結(jié)構(gòu)，基本上能消除吸收表面和蓋板之間的空氣自然對流熱損失，并可大大降低輻射損失，顯著提高集熱器的熱轉(zhuǎn)換效率。 通過大量的實(shí)驗，對蜂窩熱管平板式太陽能熱水器和全玻璃真空管式太陽能熱水器的熱性能進(jìn)行比較，包括瞬時效率、日平均效率、熱損系數(shù)等。蜂窩熱管平板式太陽能熱水器的非穩(wěn)態(tài)效率曲線是一條負(fù)斜率的直線，而全玻璃真空管式太陽能熱水器的非穩(wěn)態(tài)效率曲線是一條先下降后上升的曲線。蜂窩熱管平板式太陽能熱水器在低溫的情況下(一般小于60℃)具有優(yōu)勢，其日平均效率為48.3％，而真空管式太陽能熱水器的日平均效率為42.2％。高溫段(一般大于60℃)的時候，平板式太陽能熱水器日平均效率比真空管式太陽能熱水器日平均效率低。這主要是由于在溫度較高的時候，平板式太陽能熱水器的熱量損失比真空管式太陽能熱水器熱量損失的大，另外兩者吸熱體形狀也不相同，平板式太陽能熱水器的接收為一平面，而真空管式太陽能熱水器的接收表面是圓柱面，所以平板式太陽能熱水器日平均效率為29.8％，而真空管式太陽能熱水器日平均效率為35％。蜂窩熱管平板式太陽能熱水器晚上的熱損系數(shù)比真空管式太陽能熱水器小很多，為1.16，而真空管式熱水器為2.24，這進(jìn)一步從實(shí)驗上證明了太陽能熱水器應(yīng)用熱管和蜂窩后使得熱水器的集熱性能和保溫性能得到了提高。 在對蜂窩熱管平板式太陽能熱水器用丙酮熱管和水熱管的對比中得出，熱管的性能對太陽能熱水器的性能有很大的影響，由于此次實(shí)驗中丙酮熱管做的比水熱管差，因此丙酮熱管的熱阻比水熱管大，這在一定程度上影響了熱水器的熱性能。 同時建立了蜂窩熱管平板式太陽能熱水器的理論傳熱模型，通過對實(shí)驗值和 理論值的比較，得出進(jìn)行簡化后的理論模型在一般情況下與實(shí)際的情況是符合 的，因此可以用理論計算公式對蜂窩熱管平板式太陽能熱水器的熱性能進(jìn)行估 算。 【關(guān)鍵詞】：太陽能熱水器 熱管 蜂窩 熱性能
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2002
【分類號】：TK513
【目錄】：

• 第一章 緒論10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 太陽能利用的特點(diǎn)10-12
• 1.2.1 化石能源帶來的問題10-11
• 1.2.2 太陽能資源及其開發(fā)利用特點(diǎn)11-12
• 1.3 我國的太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展12-14
• 1.3.1 平板集熱器為主題的太陽熱水器產(chǎn)業(yè)化12
• 1.3.2 全玻璃真空集熱管和熱水器的產(chǎn)業(yè)化12-13
• 1.3.3 熱管真空管集熱器和熱水器的產(chǎn)業(yè)化13-14
• 1.4 我國的太陽能熱水器發(fā)展趨勢14-15
• 1.4.1 太陽能熱水器將與建筑結(jié)合14
• 1.4.2 太陽能熱水器將逐步完善功能14
• 1.4.3 太陽能熱水器將成為耐用消費(fèi)品14-15
• 1.4.4 太陽能熱水器將進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍15
• 1.5 太陽能集熱器與熱水器／系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化15-16
• 1.6 目前我國太陽能集熱器種類16-19
• 1.6.1 平板型太陽能集熱器17
• 1.6.2 全玻璃真空管太陽集熱器17-18
• 1.6.3 熱管式真空管集熱器18-19
• 1.7 本文研究內(nèi)容簡介19-20
• 1.8 本章小結(jié)20-21
• 第二章 熱管技術(shù)21-38
• 2.1 熱管的發(fā)展簡史21-23
• 2.2 熱管的工作原理23-24
• 2.3 兩相閉式熱虹吸管(重力熱管)24-25
• 2.4 熱虹吸管傳熱過程中的七個環(huán)節(jié)及換熱熱阻25-28
• 2.5 熱虹吸管的傳熱過程28-33
• 2.5.1 冷凝段的傳熱28-31
• 2.5.2 蒸發(fā)段的傳熱31-33
• 2.5.3 關(guān)于熱管內(nèi)部換熱系數(shù)的討論33
• 2.6 兩相閉式熱虹吸管的傳熱極限33-35
• 2.6.1 聲速極限33-34
• 2.6.2 沸騰極限34
• 2.6.3 攜帶極限34-35
• 2.7 兩相閉式熱虹吸管在太陽能熱水器中的應(yīng)用35-37
• 2.7.1 兩相閉式熱虹吸管在太陽能熱水器中的適用性35-36
• 2.7.2 兩相閉式熱虹吸管在平板式太陽能熱水器中的應(yīng)用36-37
• 2.8 本章小結(jié)37-38
• 第三章 蜂窩技術(shù)38-50
• 3.1 透明絕熱技術(shù)38-39
• 3.2 蜂窩39-41
• 3.2.1 蜂窩結(jié)構(gòu)39-40
• 3.2.2 蜂窩性能40
• 3.2.3 蜂窩的應(yīng)用范圍40-41
• 3.3 蜂窩結(jié)構(gòu)減少熱損失的機(jī)理41-46
• 3.3.1 輻射熱損的降低41-45
• 3.3.2 導(dǎo)熱熱損的影響45-46
• 3.3.3 對流熱損的減少46
• 3.4 透明蜂窩在太陽能熱水器中的應(yīng)用46-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第四章 蜂窩熱管平板式太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及理論計算50-68
• 4.1 蜂窩熱管平板式集熱器的結(jié)構(gòu)及工作原理50-51
• 4.2 熱管的設(shè)計51-55
• 4.2.1 熱管的工質(zhì)及管材的選擇52-54
• 4.2.2 充液量、傾角對重力熱管傳熱性能的影響54-55
• 4.3 蜂窩的設(shè)計55-56
• 4.4 集熱器的主要尺寸及其它主要結(jié)構(gòu)56-58
• 4.5 蜂窩熱管平板式集熱器性能的理論計算58-67
• 4.5.1 集熱器的能量平衡方程58-60
• 4.5.2 集熱器透過率-吸收率的乘積60-63
• 4.5.3 集熱器的熱損失系數(shù)63-65
• 4.5.4 瞬時效率的計算65-67
• 4.6 本章小節(jié)67-68
• 第五章 蜂窩熱管平板式太陽能熱水器的實(shí)驗研究及數(shù)據(jù)分析68-93
• 5.1 蜂窩熱管平板式集熱器熱性能試驗方法的概述68-69
• 5.2 太陽能熱水器的實(shí)驗裝置69-72
• 5.3 測試方法及實(shí)驗用主要儀表72-76
• 5.3.1 溫度測量72-75
• 5.3.2 太陽輻射量的測量75-76
• 5.3.3 風(fēng)速的測量76
• 5.4 熱管性能測試76-80
• 5.5 數(shù)據(jù)分析80-91
• 5.5.1 太陽輻射量的變化情況80-81
• 5.5.2 水箱內(nèi)水溫的變化情況81-82
• 5.5.3 太陽熱水器的瞬時效率和非穩(wěn)態(tài)效率方程82-86
• 5.5.4 日平均效率86-89
• 5.5.5 熱損系數(shù)89-91
• 5.6 結(jié)論91-92
• 5.7 本章小結(jié)92-93
• 第六章 全文總結(jié)93-108
• 參考文獻(xiàn)108-111
• 致謝111

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