太陽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(shù)曲線見圖4、熱管冷凝段傳熱系數(shù)曲線見圖5.由圖4、圖5可以看出，隨著傳輸功率的增大，熱管蒸發(fā)段和冷凝段傳熱系數(shù)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產(chǎn)生飽和核態(tài)沸騰傳熱。熱管冷凝段傳熱過程為膜狀凝結，當液膜雷諾數(shù)Re，7.5時，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(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.

　　4 結論

　　1)熱管技術用于中溫太陽能接收器中大大改善了吸熱管周向溫差，熱管管內(nèi)蒸汽溫度為250和300 oC時，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，周向平均溫差僅為3℃左右，達到了與銅鋼復合管相當?shù)男Ч?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，熱效率仍然高達0.8.這驗證了熱管技術用于中溫太陽能接收器中的可靠性和優(yōu)越性。