结构参数对真空管太阳能热水器性能的影响

【摘要】：为了了解结构及安装参数对真空管太阳能热水器的影响，本文就真空管自身性能及结构参数对其的影响做了深入的理论及实验研究。 论文首先给出在晴朗天气下真空管热水器实际采光量Hb,t和集热器平面采光量Hb,s的计算方法，并以此分析南北向真空管集热器的结构和安装参数对实际日采光量与集热器表面采光量的比值Rb,t s的影响，分析结果表明：当倾角和方位角在≤10°和20范围内，集热器的倾角和方位角对Rb,t s的影响不大，而集热器的管间距对该比值有很大的影响，这意味着，依据真空管集热器表面采光量和系统日得热量来核定系统的性能极不合理。 为进一步研究真空管管间距然对系统热性能的影响，对管间距不同的两套真空管太阳能热水器进行了对比实验研究，研究结果表明：基于真空管集热器实际采光量计算的系统日均效率基本不受管间距的影响，而基于集热器平面采光量计算的日得热量Q17受管间距的影响，管间距越小，Q17越大。 为了全面研究其他参数对系统性能的影响，建立了描述系统传热过程的动态数学模型，理论结果与实验结果对比表明，所建立的理论模型能准确地预测系统的运行特性和性能，在此基础上，利用所建立的理论模型研究了系统的结构和安装参数对系统性能的影响，模拟计算结果显示：集热器的倾角、方位角和管间距对基于真空管实际采光量计算的系统日均效率t几乎没有影响；管间距对基于集热器平面采光量的日均效率s和日得热量Q17有很大的影响，管间距越小， s和Q17越大，依据现行的检测方法(GB/T18708)和系统技术条件（GB/T19141），系统性能越好，然而，管间距越小，管与管之间的相互遮挡越厉害，系统实际采光量和得热量越小，性能越差。根据本文理论、实验及模拟计算的研究可知，现行标准中用来核定家用太阳热水系统性能的指标不能真实反映系统性能，反而会误导消费者，同时生产厂家可以通过改变管间距来人为地控制产品性能指标，建议以t作为系统性能的评价指标，或者在太阳能热水系统技术条件（GB/T19141）中对管间距做出严格的规定，以消除管间距对Q17的影响。 为研究集热器倾角对系统运行特性和性能的影响，对两套完全一样但安装倾角不同热水器进行了对比实验研究，实验结果表明：倾角对集热器的日采光量有很大的影响，但对系统的热效率几乎没有影响，而且系统的日平均效率几乎不受气候条件影响，因此，真空管太阳能热水器要获得最大的年得热量，其最佳安装倾角应该使系统的年采光量最大。实验结果还显示，增加集热器的倾角对系统热性能没有任何正面影响，对于倾角小的系统，来自水箱的冷水沿着真空管的下壁流向封闭端，被真空管加热后沿着真空管的上壁返回水箱，流动路线清晰，而倾角大的系统，由水箱进入真空管的冷水在沿着下壁流向封闭端的途中，不断地与沿真空管上壁流动的热水混合，导致冷水不能顺利流向封闭端，如果真空管太长，有可能在真空管的封闭端出现死水器。这意味着，真空管不能垂直安装。 夜间实验结果表明：自然循环真空管太阳能热水系统夜间存在倒流，倾角越大，倒流越大，倒流的大小似乎与夜间天气的类型没有关系，但与环境温度有关。实验测量表明，真空管热水系统夜间的能量损失主要是源于水箱，而倒流引起的热能损失不大，占系统总的损失热量的8%-10%。与平板型太阳能热水器相比，真空管因倒流引起的热量损失要得多，可见，真空管太阳能热水器的夜间保温性能比平板型太阳能热水器更好。 【关键词】：真空管太阳能热水器 运行特性 热性能 实验研究 理论研究
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S214.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 选题的背景10-11
• 1.2 太阳能热利用发展现状11-13
• 1.2.1 国外太阳能热利用发展现状11-12
• 1.2.2 国内太阳能热水器发展现状12-13
• 1.3 真空管太阳能热水器的研究现状13-18
• 1.4 研究内容及研究方法18-20
• 1.4.1 研究内容18-19
• 1.4.2 研究方法19-20
• 第2章 真空管集热器实际采光量与表面采光的比值20-27
• 2.1 南北向真空管集热器采光量的计算方法20-23
• 2.2 参数对R_(b,t-s)值的影响分析23-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 倾角对真空管太阳能热水器白天运行特性的影响27-44
• 3.1 实验装置27-28
• 3.2 实验方法28-33
• 3.2.1 实验测试方法28-31
• 3.2.2 真空管热损系数的测量31-33
• 3.3 实验结果及分析33-43
• 3.3.1 集热器倾角对家用真空管太阳能热水器热效率的影响33-38
• 3.3.2 集热器倾角对真空管中水流动特性的影响38-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 管间距对真空管太阳能热水器运行特性的影响44-51
• 4.1 真空管太阳能热水器性能评价指标44-45
• 4.2 实验装置45-47
• 4.3 实验方法47-48
• 4.4 实验结果与分析48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 真空管太阳能热水器性能的模拟分析51-63
• 5.1 理论模型51-52
• 5.2 理论模型的实验验证52-58
• 5.3 模拟分析倾角和方位角变化对系统性能的影响58-60
• 5.4 模拟分析管间距变化对系统性能的影响60-61
• 5.5 本章小结61-63
• 第6章 真空管太阳能热水器夜间运行特性及性能63-76
• 6.1 实验设备63-64
• 6.2 实验方法64-66
• 6.3 真空管内倒流的估算方法66
• 6.4 实验结果与分析66-75
• 6.4.1 不同倾角热水器夜间运行特性66-71
• 6.4.2 真空管热水器夜间热损失71-72
• 6.4.3 真空管热水器与平板型家用热水器夜间热能损失对比72-75
• 6.5 本章小结75-76
• 第7章 论文结论与展望76-79
• 7.1 论文结论76-77
• 7.2 存在的问题与展望77-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士期间发表的论文82-83
• 致谢83

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