一种新型渗透式太阳能空气集热器的热性能研究

设计制作了一种新型平板型、渗透式太阳能空气集热器,介绍了该集热器的结构、尺寸及工作原理,并以该集热器为研究对象,建立了数学模型,进行了实验测试.结果表明,在辐射水平较高且稳定、风速较小的测试条件下,该集热器的性能稳定,集热效率和出风温度较高,具有一定的推广与应用潜力;同时,所建数学模型准确可靠,可用来对集热器进行模拟分析.     

微型抛物槽式太阳能集热器集热特性研究

为将太阳能集热器与建筑结合,提高集热品位,满足中温热能需求,设计了一款聚光比为3.4、高度仅为120 mm的微型抛物槽式集热器,建立了该集热器的热力学理论模型和计算流体动力学(CFD)仿真模型,研究了集热特性,并从太阳辐照度、入口工质温度、进口工质流速、环境温度等方面探讨相关操作参数对集热温度和集热效率的影响规律。研究发现太阳辐照度以及进口工质温度是影响热效率的主要因素,而工质流速、环境温度对该集热器热效率影响较小,集热器瞬时热效率可达67.23%,循环加热的工质温度在200℃以内,平均热效率较高。且在辐照度较弱的天气仍能良好运行,既能提供中温热能,克服不良环境因素的影响,又实现了太阳能建筑一体化。     

新型太阳能空气集热器性能研究及供暖测试

太阳能作为清洁可再生能源在供暖领域得到越来越多的应用,集热器作为太阳能热利用的核心部件在供暖方面发挥了重要作用。为了获得新型双通真空管太阳能空气集热器热性能,通过搭建测试平台对其进行试验研究。试验结果表明：新型双通真空管太阳能空气集热器,热性能较优,集热器平均瞬时集热效率为66.7%,与普通空气集热器相比,效率更高;集热器热损较小,最大为2.092 W/（m2·℃）。基于该集热器组成太阳能+电加热联合采暖系统,并对不同天气条件下单独采用该集热器的太阳能供暖系统的运行效果进行初步测试分析,结果表明:单独使用该集热器进行供暖的房间,当太阳辐照强度持续大于250 W/m2,集热器出风温度高于30 ℃,室内温度高于16 ℃的时长可达6～7小时,可满足白天大部分时间段供暖需求,供暖效果较优。研究结果可为太阳能空气集热器供暖系统在农村地区的应用及推广提供参考。     

与建筑一体化对太阳能集热器热性能的影响

针对与建筑一体化太阳能空气集热器上下表面处于不同环境温度的问题,利用动态热平衡法,建立该型集热器传热过程的数学模型,并通过实验进行了验证.运用数值实验法研究了该型集热器的热性能特征、建筑一体化对其热性能的影响规律,以及按非一体化模型计算时引入的误差.研究结果表明:该型集热器具有双热损系数的特征,与建筑一体化提高了其冬季供暖期的热效率,按分体式计算的误差与集热器背板总传热系数和室内外温差成正比、与太阳辐照度成反比.     

相变蓄能抗冻太阳能平板集热器的设计与研究

提出一种具有抗冻功能的相变蓄能太阳能平板集热器。该集热器在吸热板与保温层之间增加了一层相变潜热大、相变温度为277.15~281.15 K的相变蓄能材料。根据该集热器的传热机理,给出计算相变蓄能层设计厚度的公式。采用ANSYS Fluent软件建立该集热器的三维非稳态模型,模拟不同工况下集热器的出口温度及其内部水的最低温度。研究结果表明:在冬季环境温度最低日,相变蓄能抗冻集热器内水的最低温度高于275.15 K,能很好地起到抗冻作用;相变蓄能抗冻集热器与相同结构的普通集热器相比,冬季阴天和晴天代表日的净得热量分别高1.3 MJ/m~2和0.7 MJ/m~2。     

新型平板式集热器的设计和性能

设计了一种易与建材形成一体的平板式太阳能集热器．该集热器的芯板和外框采用耐腐蚀铝合金，挤压成型，无焊接点，抗腐蚀性极好；结构比较薄，质量轻，整体性和刚度较好；各部件间采用非永久固定接合，给安装、拆卸、维修和更换带来很大便利；太阳能吸收面采用高吸收率微细复合涂料．测试结果表明，该集热器的平均集热效率在50%以上．     

微型抛物面槽式聚光集热器光学性能研究

为使太阳能聚光集热器与建筑更好地结合,提出了一种聚光比为3.4的微型抛物面槽式聚光集热器。从光传播损失、余弦损失以及阴影损失3个方面,建立了微型抛物面槽式聚光集热器光学效率的理论模型;用Sol Trace对微型抛物面槽式聚光集热器的光学效率进行了模拟计算,计算了南北水平和东西水平放置下春分、夏至、秋分和冬至日的平均光学效率,并讨论了集热器与水平面倾角δ对光学效率的影响。结果发现:阴影损失是影响该集热器光学性能的主要因素;集热器南北和东西水平放置时的光学效率分别为54%和48%,而东西放置且与水平面倾角为60°时的光学效率为51%。因此,该集热器可用于建筑物屋顶以及南立面墙,具有很好的应用前景。     

吸热过程光-热耦合特性及复杂非稳态传热机理研究

太阳能热发电是太阳能的高品位利用方式,吸热器是太阳能热发电系统中用于聚光太阳辐射能与热能转换的核心部件。根据聚光器类型、传热介质、运行压力和温度的不同,吸热器主要有真空管式和腔体式两种类型。该课题针对极端条件(时空分布随机变化的高温、高热流密度),以提高吸热器吸热效率为目的,研究吸热器内辐射-导热-对流耦合的传热机理,构建设计各类吸热器需要遵循的理论架构,设计新型高效稳定的吸热器。该课题的研究对太阳能热发电的规模化进程具有非常重要的意义。实现了基于蒙特卡罗光线追踪法的自编数值模拟程序,获得了槽式、塔式和碟式吸热器吸热面上的聚焦太阳能流分布,实现了蒙特卡罗光线追踪法和用于求解流动传热问题的有限容积法的耦合,研究了太阳辐射由镜场到吸热器的一体化传播过程。研究了槽式太阳能吸热器内的流动换热特性,建立了槽式DSG集热器的稳态传热计算模型和动态模型,开发了两类管内强化传热技术;基于DSMC方法建立真空管空气夹层内稀薄气体传热模型;耦合管内对流传热、管壁导热、真空夹层稀薄气体传热及辐射传热、管外对流传热及辐射传热,可望建立真空管吸热器的跨尺度传热模型的数值预测方法。建立了腔式水工质吸热器和腔式熔融盐吸热器吸热性能的数学模型,获取了吸热器内部热流密度和吸热管道温度的分布规律以及吸热器的热损失。结合腔式吸热器热性能的数学模型,提出了由吸热器所需净能量推算吸热器开口所需太阳光能量的计算模型,发展了腔式吸热器启动过程性能模拟的数学模型,获得了吸热器启动过程开口所需能量数据曲线,吸热器启动过程的效率曲线和热损失曲线。研究了高温高压下空气吸热器内复杂耦合换热机理,分析了安装倾角、入口工质温度与质量流量等重要参数对有压腔式吸热器换热性能的影响;运用十四面体模型模拟多孔材料的内部结构,研究了多孔吸热结构内的对流传热特性。设计了搭建了太阳能空气吸热器实验平台,采用氙灯阵列模拟太阳辐射,多孔吸热材料表面可接受的辐射功率范围可达10 k W,热流密度可达2×106 W/m2;设计搭建了槽式DSG太阳能热发电实验研究系统,设计压力10 MPa、温度400°C,利用该实验系统除了对槽式DSG热发电系统进行试验研究外,还能对槽式热发电的集热器、聚光器的性能进行测试。     

太阳能PV/T空气集热器干燥性能实验研究

采用太阳能光伏光热(Photovoltaic/thermal,PV/T)空气集热器收集太阳辐射并转化为热能和电能,为干燥系统提供能量.以玫瑰花为干燥物料,通过实验探究了太阳能PV/T空气集热器的热、电特性以及玫瑰花的干燥特性.实验结果表明晴天工况下该集热器的热、电效率和综合效率分别为32.06%、7.66%和45.93%,其所产电能能够满足5个6 W的直流风机运行15.74 h,且干燥4.04 kg的玫瑰花所需的能量能够完全由太阳能提供.     

微通道太阳能平板集热器的集热性能试验

为进一步提高传统太阳能平板集热器的集热性能,对一种自主设计的新型微通道太阳能平板集热器进行探究.通过采用矩形微通道吸热板结构,减小传统流道的截面面积及增加吸热板与循环工质的热传导面积,使流体吸收热能的时间延长,并提高总的传热量.同时,对该集热器在山西省某农村住宅供暖系统进行试验测试.试验结果表明:在冬季晴朗天气的典型工况下,微通道太阳能平板集热器日平均集热效率为63.6%,最高集热效率可达80.4%,系统平均能效比为16.1,单块集热板平均热损失为233.3 W,且集中在顶部;下进上出流动形式的瞬时效率较高,热损失较小.     

太阳能吸附式制冷装置中集热系统的研究

针对吸附式制冷装置及太阳能集热器的特点,提出了一种适用于连续制冷吸附式制冷装置的太阳能集热系统。该集热系统可根据太阳辐射强度的变化,采取不同的运行模式。建立了采用该集热系统的连续制冷吸附式制冷装置数学模型,数值模拟了连续制冷吸附式制冷装置一天中不同时段在不同运行模式下的热力性能。计算结果表明,该太阳能集热系统可有效地提高吸附剂解吸温度及单位集热面积的制冷功率,实现太阳能的高效利用。     

一种CPC型热管式太阳能集热器的实验研究

将复合抛物面聚光器（CPC）和热管平板式集热器相结合，研究了一种以平面形吸热板为接收器的CPC型热管式太阳能集热器．采用碘钨灯模拟太阳光辐射，在不同辐射强度下，对CPC型热管式太阳能集热器和普通热管平板式太阳能集热器的集热温度、瞬时效率、平均效率及平均热损系数等热性能进行了对比实验研究．研究结果表明：与普通热管平板式太阳能集热器相比，CPC型热管式太阳能集热器不但提高了集热温度和集热效率，而且降低了热损失．这一研究结果为太阳能集热器的进一步发展提供了有意义的参考．     

扰流板型太阳能平板空气集热器集热性能

对一种扰流板型太阳能平板空气集热器的集热性能进行了研究,并对各种影响集热器热性能的因素进行了分析,揭示了总热损失系数、扰流板肋片效率、流道内空气流速和扰流板的间距对效率因子和热迁移因子的影响机理.获得了扰流板型太阳能平板空气集热器的集热效率理论表达式,为此类太阳能空气集热器的设计及应用提供了参考.     

黑瓷复合陶瓷太阳板集热系统的应用研究

研发了一种与建筑一体化的新型高效平板太阳能集热体黑瓷复合陶瓷太阳板。该集热体以普通瓷土为原料配制泥浆注浆成型,表面喷涂以工业废弃物提钒尾渣为原料调配的钒钛黑瓷泥浆层,干燥后经连续辊道窑1 200 ℃烧制而成,阳光吸收比为0.95。介绍了陶瓷太阳板房顶集热系统的构建方法,该系统与建筑共用结构层、保温层、防水层,与建筑一体化、同寿命,隔热、保温效果优于普通房顶。通过建筑实例对该集热系统的集热效率与真空玻璃管热水器进行测试对比,得出集热系统日得热量为8.6 MJ/m²,远高于真空玻璃管热水器和国家标准的7.0 MJ/m² ,可实现太阳能使用成本低于常规能源。     

换热器对平板型太阳热水系统热性能的影响分析

分析了换热器对集热器效率的影响,确定了换热器对集热器的削弱因子;提出了二次换热平板型太阳热水系统的能量方程。对自然循环二次换热平板型太阳热水系统系统的热性能进行了测试与分析,测试表明,自然循环二次换热平板型太阳热水器的平均日效率低于普通平板型太阳热水器,但高于真空管太阳热水器。     

槽式太阳能集热与燃煤热发电的高效集成

为了研究槽式太阳能集热与燃煤热发电的高效集成方法,基于槽式太阳能集热器的最佳运行条件,建立300 MW燃煤机组与太阳能集热的混合发电系统,理论分析混合发电工况下机组的热力学性能和热经济性.结果表明,太阳能辐射强度为600 W/m2时,槽式集热器的最佳运行温度为306.55℃;300 MW燃煤发电机组中,离开槽式集热器的热水直接与回热器的热水混合时,太阳能热水与进入3#回热器的热水混合是槽式集热器与燃煤发电机组集成的最佳方案,此时太阳能热发电效率达到23.60%,节省煤耗5.53 g/(kW.h).     

太阳能热能利用及光热建筑一体化初探

本文结合我国太阳能热利用现状及太阳能建筑一体化背景,论述了太阳能光热建筑一体化必要性,为太阳能建筑一体化提出了合理的建议。     

太阳能双效集热器流道结构优化数值模拟研究

双效集热器通过吸收太阳辐照能对低温的水和空气进行加热,实现太阳能的综合利用.为提高集热器的工作效率,提出一种翅片-挡板式换热流道,利用CFD技术模拟适用于空气/水双工质循环的高效换热结构,并通过温度分布云图对比分析换热结构在空气集热模式、水集热模式、空气-水复合集热模式下的传热特性.太阳辐照度800 W/m2,空气流量0.012 kg/s,水流量0.036 kg/s的模拟工况下,翅片-挡板式集热器的空气集热效率达到55.39％,相比单一的翅片式流道效率提升2.26％;增设的挡板式结构对水集热过程没有明显影响,但空气-水复合集热模式下翅片-挡板式流道空气出口温度更高,集热器的综合集热效率得到进一步提升.     

高原地区太阳能热水系统开发利用探析

通过与青海华园新能源应用技术开发有限公司的合作,为核工业"221局"西宁管理处居民小区研发一种配备辅助热源的太阳能热水系统,通过大面积太阳能集热器采集热水,为其提供集热洗浴一体化的全方位热水供应.系统工作原理、实施方案及节能效益得以分析,可高效、安全、环保、节能实现全天候自动运行,以便满足生态节能建筑发展的需要.     

管间距对真空管家用太阳能热水器热性能的影响

依据现行的家用太阳能热水系统技术条件(GB/T19141),不管采用平板集热器还是真空管集热器,日采光量为17MJ/m2所对应的日得热量Q17是评价家用太阳能热水系统性能的主要指标.本文通过理论和实验研究真空管集热器的管间距对系统热性能的影响,结果表明:管间距对真空管家用太阳能热水系统的Q17有很大的影响,管间距越小,Q17越大,意味着系统的性能越好.但实际情况却完全相反,管间距越小,管与管之间的遮光越厉害,系统实际的日得热量越小,性能越差.这意味着以Q17来评价真空管家用太阳能热水系统的性能不合理,建议在家用太阳能热水系统技术条件中对管间距做出具体的规定,以消除管间距对Q17的影响.