基于熱管的太陽能中溫接收器設計
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,周向平均溫差為10℃左右,蒸汽溫度為350和380℃時,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個截面最大溫差的平均值。試驗中發(fā)現(xiàn),溫度為250和300℃時,3個截面溫度分布相似,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,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個截面剛好相反,所以平均值變小。
3 中溫熱管接收器性能分析
本節(jié)主要分析熱管應用到DSG系統(tǒng)接收器中對接收器性能的改進,包括2個方面:接收器可靠性和接收器熱效率。
3.1 中溫熱管接收器可靠性
Eck等對DSG系統(tǒng)接收器吸熱管周向溫差進行了研究,發(fā)現(xiàn)當采用普通鋼管作為吸熱管時,吸熱管周向最大溫差為40 oC.Almanza等研究結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¨糾采用銅鋼復合管替代普通鋼管作為吸熱管,結果表明吸熱管周向溫差降至8℃,效果顯著。根據(jù)模擬試驗的結果,筆者開發(fā)的中溫熱管接收器在改善吸熱管周向溫差方面效果也相當顯著,熱管管內(nèi)蒸汽溫度為250和300 oC時,周向平均溫差為10℃左右,最大值低于13℃。蒸汽溫度為350和380℃時,周向平均溫差僅為3℃左右。
同時熱管蒸發(fā)段與冷凝段分離的特殊結構,使得汽水混合物對管路的沖擊很難傳遞到蒸發(fā)段,大大提高了接收器的可靠性。
3.2 中溫熱管接收器熱效率
通過能量平衡法建立拋物面槽式太陽能集熱器穩(wěn)態(tài)傳熱模型,將上節(jié)模擬試驗得到的中溫熱管蒸發(fā)段和冷凝段的傳熱系數(shù)代人模型中,可算得中溫熱管接收器各部件溫度分布,接收器熱效率見圖7、圖8.由圖8可以看出,中溫熱管接收器熱效率較高,當流體平均溫度與環(huán)境溫度差為330℃時,熱效率仍然高達0.8,驗證了中溫熱管接收器優(yōu)良的傳熱性能。模擬計算中取太陽輻射值為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)見表1.
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