太陽(yáng)能中溫熱管接收器設計研究

　　不同蒸汽溫度下的熱管蒸發(fā)段傳熱系數曲線(xiàn)見(jiàn)圖4、熱管冷凝段傳熱系數曲線(xiàn)見(jiàn)圖5.由圖4、圖5可以看出，隨著(zhù)傳輸功率的增大，熱管蒸發(fā)段和冷凝段傳熱系數都增加。熱管蒸發(fā)段包括液池段和液膜段兩部分，其傳熱過(guò)程為：在傳輸功率較小的情況下為薄膜蒸發(fā)，傳輸功率較大的情況下會(huì )產(chǎn)生飽和核態(tài)沸騰傳熱。熱管冷凝段傳熱過(guò)程為膜狀凝結，當液膜雷諾數Re，7.5時(shí)，認為液膜為光滑層流;當7.5

　　熱管蒸發(fā)段周向平均溫差如圖6所示，熱管管內蒸汽溫度為250和300 oC時(shí)，周向平均溫差為10℃左右，蒸汽溫度為350和380℃時(shí)，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(gè)截面最大溫差的平均值。試驗中發(fā)現，溫度為250和300℃時(shí)，3個(gè)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(shí)，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(gè)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

　　本節主要分析熱管應用到DSG系統接收器中對接收器性能的改進(jìn)，包括2個(gè)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系統接收器吸熱管周向溫差進(jìn)行了研究，發(fā)現當采用普通鋼管作為吸熱管時(shí)，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(zhù)。根據模擬試驗的結果，筆者開(kāi)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(zhù)，熱管管內蒸汽溫度為250和300 oC時(shí)，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(shí)，周向平均溫差僅為3℃左右。

　　同時(shí)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(guò)能量平衡法建立拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器穩態(tài)傳熱模型，將上節模擬試驗得到的中溫熱管蒸發(fā)段和冷凝段的傳熱系數代人模型中，可算得中溫熱管接收器各部件溫度分布，接收器熱效率見(jiàn)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(shí)，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(yáng)輻射值為800 W/m2，系統流量為0.2 kg/s，系統壓力為4 MPa，環(huán)境溫度為20℃，集熱器參數見(jiàn)表1.

　　4 結論

　　1)熱管技術(shù)用于中溫太陽(yáng)能接收器中大大改善了吸熱管周向溫差，熱管管內蒸汽溫度為250和300 oC時(shí)，周向平均溫差為lO℃左右，最大值低于13℃。蒸汽溫度為350和380℃時(shí)，周向平均溫差僅為3℃左右，達到了與銅鋼復合管相當的效果;熱管蒸發(fā)段與冷凝段分離，汽水混合物對管路的沖擊很難傳遞到蒸發(fā)段，提高了接收器可靠性。

　　2)中溫熱管接收器具有較高的熱效率，當流體平均溫度與環(huán)境溫度差為330℃時(shí)，熱效率仍然高達0.8.這驗證了熱管技術(shù)用于中溫太陽(yáng)能接收器中的可靠性和優(yōu)越性。