Cu-H2O纳米流体平板太阳集热器集热性能研究

采用两步法配制Cu-H2O纳米流体,对不同质量分数、粒径的Cu-H2O纳米流体和水作为平板太阳热水器的集热工质,测试其导热系数,并在相同太阳辐照下进行集热性能实验,研究平板集热器的集热效率、水箱中的水温与得热量。实验结果表明:纳米流体可明显提高水的导热性能。粒径为25 nm,质量分数为0.10%的Cu-H2O纳米流体集热效率比水的提高了23.83%,质量分数为0.20%的Cu-H2O纳米流体的集热效率反而低于0.10%的。粒径为50 nm的Cu-H2O纳米流体集热效率低于粒径为25 nm的。粒径为25 nm、质量分数为0.10%的纳米流体循环系统中最高水温与最高得热量相对于水作为工质分别提高了12.24%和24.52%。     

开放式热管中温太阳能空气集热装置的试验研究

设计一种使用简化CPC(非追踪式复合抛物线聚光板)集热板和新型开放式热管组合的全真空玻璃集热管中温太阳能空气集热装置。每个集热单元包括一个简化CPC集热板,一根全真空玻璃集热管,在玻璃集热管内安装一个铜管和外部的一个蒸汽包连接构成一个开放式热管结构。蒸汽包内安装螺旋换热管加热通过换热管的流动空气工质。分别使用水和CuO纳米流体作为热管工质,以空气作为集热工质,对热管式中温空气集热器的传热特性进行了实验研究。分析了不同工作压力、不同工质及纳米流体质量分数对热管集热传热特性的影响,详细比较了热管水工质和纳米流体工质在集热传热性能上的优劣。试验结果表明:本系统只使用2根玻璃集热管构成集热器,空气最大出口温度在夏天可达到200℃,在冬天可接近160℃,系统平均集热效率达到0.4以上,整个系统表现了良好的中温集热特性。以纳米流体为工质的热管热阻比以水为工质时平均降低了20%左右     

太阳能平板集热/储热系统

介绍一种将相变储热材料和太阳平板空气集热器相结合的太阳能集热/储热系统(包括结构设计和试验测试),并对整个系统的储热效率和热损失进行了估算.结果显示,装置的储热效率可达23%,热效率达55%.而同样情况下的普通集热器的热效率仅为19%,远远小于前者.因此,该太阳能集热/储热系统可有效降低集热器的热损失,提高集热效率.     

纳米粒子与石蜡乳状液复合多相功能热流体的制备与性能

以石蜡乳状液为分散介质,纳米Cu粒子为导热介质,采用相转化乳化法制备了纳米Cu/石蜡复合相变乳状液,研究了纳米Cu粒子对复合相变乳状液的稳定性、流变性、导热性和热循环稳定性的影响。研究结果表明：纳米Cu/石蜡乳状液的密度、粘度和导热系数均随纳米Cu含量的增大而增大,密度变化不太明显,而导热系数则明显提高,当纳米Cu粒子含量为0.05 wt%时,复合相变乳状液的导热系数比纯石蜡乳状液提高了161.96%。由于纳米Cu粒子的添加显著增加了Cu/石蜡乳状液的导热性能,Cu/石蜡乳状液在固−液相变热循环过程中的温度平台表现不明显,但其热循环稳定性很好。     

纳米流体太阳集热器的光热性能研究

采用直流碳弧法制备了平均粒径为25nm的碳包铜纳米颗粒,包覆的碳层有效避免了周围环境对铜纳米粒子的影响.采用超声波振荡和添加分散剂的方法,将碳包铜纳米颗粒均匀稳定的分散在体积比为1:1的乙二醇水溶液中,获得了用于直接吸收式太阳集热器的循环工质-碳包铜纳米流体.通过闷晒实验,研究了碳包铜纳米流体的光热转换性能;通过对集热器热效率的测试,研究了碳包铜纳米流体太阳集热器的热性能,结果表明:添加纳米颗粒后,碳包铜纳米流体的光热转换性能明显优于基液和涂有黑漆的铜管表面.直接吸收式的碳包铜纳米流体太阳集热器显著提高了集热器的集热效率,实验中的最高集热效率可达74.688%,比传统平板型集热器的集热效率提高了近10%.     

一种槽式太阳能空气集热器热性能的试验研究

为了研究日光温室用槽式太阳能空气集热器的热性能,基于TracePro光学模拟软件设计了一种槽式太阳能空气集热器,对其进行试验研究,分析了不同因素对集热性能的影响规律。实验结果表明,管中空气流速的变化对集热器集热效率和集热量的影响规律是相同的,在不同的流速下,存在最佳空气流速约为4.4 m/s,使得集热器的集热量和集热效率最大,集热量达到373.2 W,集热效率约为25%,此时集热性能最好。对于不同太阳辐照度,正午时刻之前,太阳辐照度越大,集热器的集热效率越大,正午时刻之后,集热器的集热效率基本保持不变,15:40之后集热器集热效率逐渐减小。当太阳辐照度和管中流速相同时,室外温度越高,集热器集热效率越大,集热性能越好。集热管中空气温度沿着集热管出口方向不断增大,太阳辐照度越大,集热管相同位置空气温度越高。该研究结果可为此种槽式太阳能空气集热器在日光温室的应用中提供参考。     

纳米流体在直接吸收式太阳能集热器上的应用研究

综述了提高集热器集热效率的措施及目前的研究进展,说明了直接吸收式太阳能集热器的优越性。对纳米流体稳定性的影响因素进行了总结,并从太阳辐射吸收、导热性能及对流换热性能三个方面阐述了纳米流体作为集热工质的优越性。表明了纳米流体作为集热工质在直接吸收式太阳能上应用的可行性,并展望了纳米流体作为传热工质在在供暖上的应用。     

遮阳板式太阳能相变集热器的实验研究

研制了遮阳板与集热器一体化的新型太阳能相变集热器,通过搭建的实验测试平台对其集热性能及隔热特性进行了实验测试。该建筑构件具备遮阳隔热及太阳能集热功能,为在建筑中高效利用太阳能,实现太阳能与建筑一体化提供一种新的工程应用模式。通过实验测试,对该集热器在不同工况下的集热性能、隔热特性及其影响因素进行了系统分析研究,提出了该集热器的累积集热量、集热效率、隔热特性等性能评价指标。测试结果表明,遮阳板式太阳能相变集热器的平均集热效率可达12.3%,隔热效果优于普通遮阳板。     

蓄能型空气式太阳能集热器热效率研究

针对以水为传热介质真空管太阳能集热器存在的低温冻裂、过高温炸裂和使用间断性等问题,将太阳能集热器的真空管进行改进设计,并在其中设置相变蓄能棒,采用空气为传热介质,研制了一种新型空气式太阳能集热器。实验测试表明：在平均辐照强度为727 W/m2条件下,可延长供热3 h,并随着辐照强度增加供热时间延长;无相变材料的真空管太阳能集热器平均集热效率为36%,相变蓄能棒平均等效集热效率为60%,新型蓄能型空气式太阳能集热器综合集热效率为96%;与传统以水为介质的内插式真空管太阳能集热器平均集热效率为58%相比,该新型集热器集热效率有显著提高。     

跟踪式CPC热管真空管集热器聚光及集热特性

将曲柄连杆单轴跟踪技术与CPC(复合抛物面聚光器)热管真空管太阳集热器集成,研制一套聚光比为2.3的跟踪式CPC集热器。基于Trace Pro光学软件模拟其跟踪模式下的聚光行为,并对不同跟踪模式下的集热特性进行实验研究。模拟得到横向投影角θt是影响CPC集热器光学性能的主要因素,θt为-23.5°~23.5°时,入射角修正因子(IAM)达到0.95~1.14;跟踪可有效缩小θt,将光学效率提高30%以上;采用三点式间歇跟踪即可获得高于60%的光学效率。实测集热效率分布和光学效率模拟值趋势一致,系统跟踪时高效集热时间为固定式的2.7倍,平均集热效率达到固定式的2.1倍。集热效率归一化线性良好,效率截距为52%,和光学效率模拟值偏差小于12%,佐证了模拟分析结果。     

反射式线性菲涅尔集热器性能的实验研究与模拟分析

采用热网络法建立菲涅尔集热系统CPC腔式接收器的数值传热模型,搭建集热器系统,实验研究集热器效率、CPC腔的集热性能。利用数值传热模型分析太阳辐照度、镜场宽度、工质入口温度和质量流量的变化对系统出口温度和效率的影响,以期为菲涅尔集热器出口参数的控制提供依据。实验数据验证了模型的有效性,模拟结果显示,质量流量对工质出口参数影响最大;镜场宽度和辐照度对集热效率的影响最为显著;菲涅尔集热器的热效率可达68%。     

空气-水复合平板型太阳能集热器

提出了一种适用于太阳能供热采暖工程的新型太阳能空气-水复合平板集热器。该集热器可以单独使用空气、水或同时以空气和水作为集热工质。测试显示,该集热器空气循环集热效率为55%～65%,水循环集热效率为32%～34%,能够满足太阳能供热采暖工程的要求。该集热器成本不高,适用于在我国北方广大农村地区推广使用。     

太阳平板集热/储能相变传热的数值模拟

提出了一种高效储能平板集热器模型.该平板集热器中采用相变材料作为储能介质,不需储能水箱及防冻保护装置,因此节约了空间和费用.建立了太阳平板集热器内相变材料(石蜡)二维相变传热及自然对流模型,运用显热容法模拟了平板集热器内泡沫铝中石蜡相变融解传热过程.与平板集热器内填充纯相变石蜡的融解传热过程进行比较发现,泡沫铝可极大地提高相变石蜡的相变传热性能.计算结果为高效储能型平板集热器的开发提供了理论指导.     

大尺寸平板太阳集热器集热效率研究

平板型太阳集热器集热效率除了与内部结构参数、运行参数等因素有关外,还受集热器外形尺寸大小的影响。通过建立相同集热面积条件下单一大尺寸平板集热器、并联常规平板集热器的三维物理模型,分析了2类集热系统集热效率、集热量、热损失随尺寸规模的变化关系。发现相同集热面积条件下,相比并联常规平板集热器形式,大尺寸平板集热器集热效率有所增加,约增大4%;但对于常规并联平板集热器,随着并联面积增大其热损失所占比例均有所增大,集热效率也有一定的降低;而对于单一大尺寸平板集热器,随着外形尺寸增大,热损失所占比例降低,且集热效率有所升高。研究结论可对大型平板集热器的尺寸设计提供设计指导。     

内插管式太阳空气集热器阵列集热性能与流动阻力研究

通过实验对阵列排布的内插管式真空管太阳空气集热系统在上海冬夏工况下的集热特性进行测试分析,同时考察太阳辐射、风量对其性能的影响,并分析此类空气集热器阵列布排流动阻力特性。研究发现,真空管太阳空气集热器串并联方式工作,在冬夏工况下均能获得良好的集热温度,冬季夏季集热温度分别可达87.8、109.3℃;平均集热效率为47.4%,单个集热器压降小于80 Pa,阵列集热器压降小于100 Pa。建立空气集热器串、并联模型,模拟结果显示,随集热器数量从2个增加到6个,串联的压降比并联的压降差值增大,从107.4 Pa增大到323.6 Pa,串联能获得较高的集热温度,但动力消耗增加,并联的集热温度不高,但动力消耗小。     

一种采用腔体吸收器的线性菲涅尔太阳集热器性能分析与优化

通过理论与实验的方法,对一种采用方形腔体吸收器的线性菲涅尔太阳集热器的集热性能进行研究,分析影响菲涅尔集热器光学性能和集热性能的影响因素,通过Matlab编程模拟集热器的集热性能,并由实验测试进行验证。该集热器的光学效率为78.6%,最高集热温度为180℃,在集热温度80~150℃的范围内,集热效率从52.3%变化到36.2%,热损系数从9.5 W/(m~2?K)升至22.8 W/(m~2?K)。与此同时,通过Trace Pro软件模拟,对集热器的设计结构进行优化分析。研究表明:该菲涅尔太阳集热器具有良好的集热性能,在适宜的天气条件下运行稳定可靠,且具有易搭建、维护简单和技术经济性好的特点,在中温太阳能的热利用领域具有良好的应用前景。     

配合集热器的盐梯度太阳池热性能实验与分析

构建表面积为1.50 m×1.50 m的小型实验用盐梯度太阳池,并与平板太阳能集热器配合使用,分别对普通太阳池和集热增强型太阳池进行了储热、放热实验。实验研究与理论分析表明:单独盐梯度太阳池的放热量为3.5×103k J,热效率为13.6%;集热增强型太阳池放热量可以达到4.8×103k J,且热效率增至28.1%。另外后者下对流层温度最高可提升10℃以上,从而证明太阳能集热器可以有效提高太阳池热效率,增加下对流层储热量。此外,考虑了放热过程换热器对太阳池下对流层的扰动,对比实验前后的溶液浓度,可以看出实验后太阳池盐度曲线合理,非对流层呈良好梯度分布,太阳池稳定性并未遭到破坏。     

相变蓄热式集热器蓄放热数值与实验分析

对一种相变蓄热式太阳集热器的蓄放热过程进行CFD软件数值模拟和实验测试。该集热器由全玻璃真空集热管、相变蓄热单元和U型换热器组成。选用相变温度在330~400 K的3种适合于太阳集热器的复合相变材料石蜡、Ba(OH)_2·8H_2O和赤藻糖醇,在蓄热式集热器中进行蓄放热性能测试。研究表明,填充Ba(OH)_2·8H_2O的蓄热式集热器在总蓄热量、材料内部温度均匀性等蓄放热方面性能优越。实验结果对蓄热式集热器的设计具有参考价值。     

扣板式太阳集热器

本实用新型为一种扣板式太阳集热器。它的集热板芯由每块单片扣板式集热板芯相互扣合成一体，每块单片扣板式集热板芯具有一块铝扣板，在铝扣板的中线部位有一上部有开口的圆环形孔座，孔座之中挤插有一根集热管。上述铝扣板的一边设有一凹槽道，另一边设有可与所述凹槽道相套扣的凸扣，相邻的两块铝扣板通过凸扣与凹槽道的相互扣合而连成一体。本专利的集热板芯可采用较厚铝材集热板芯，并通过集热板芯相互扣合成一体，使集热器的整体性及承压性能大大提高，板芯的集热效率也较高，它的整体性价比优于全铜集热器和铜铝复合集热器。     

复合抛物面太阳能集热器热性能分析

对真空管式复合抛物面太阳能集热器的传热模型进行了分析,在总热损失系数、效率因子、热迁移因子和瞬时效率表达式的基础上,建立了有盖板带翅片的复合抛物面集热器性能预测模型,并对有盖板和无盖板两种类型接收器的集热器进行了瞬时效率的对比计算.结果表明：当集热介质与外界环境间温差较小时,在相同辐射强度的情况下,有盖板带翅片的复合抛物面集热器的集热效率反而比无盖板的复合抛物面集热器的集热效率低;而当集热介质与外界环境温差增加到一定程度时,有盖板带翅片的复合抛物面集热器显示了其集热效率高的优点.