第六章：平板集热器.ppt

6.13：液体加热器几何学 前面我们只考虑了只有一个基本集热器（带有平行管的太阳能热水集热器和一个薄板装在平板的背面）的设计。平板集热器有很多种设计方案，幸运的是，我们没有必要为每个设计提出一个新的理论分析。Hottel和Whillier（1958），Whillier（1977）和Bliss（1959）指出，薄板和管的普遍关系适用于大部分集热器设计。我们有必要得到集热效率F的近似形式，式6.7.5和式6.7.6可以用来预测集热器的热性能。有些情况下，损失系数可以进行稍微的改进。 图6.13.1给出了一些不同的液体加热器的设计方案。前三种方案中有固定在平板上的平行热管，热管的头部连接在平板的顶部和底部，允许液体流动。 6.13：液体加热器几何学 b中的设计除了管在平板上面，其他的和a中一样。 c中的管在平板中间，是构成平板的一部分。 6.13：液体加热器几何学 在d、e、f的设计中，细长的吸收体分布在分散的玻璃管中间。集热器中的对流热损失非常可观，但是能被吸收体和盖面之间的分散的空间所降低或者消除。因为压力已经被降到相当低的水平，所以直到分子间的平均自由程等于其特征长度，气体间的对流而不是传导维持在不变的水平。平板集热器中，边缘的密封处用来支撑盖面和分散的空间周期的吸收板。然而，大部分实际设计中都有分散的管，这样就增大了抵抗不同压力的结构强度。 图d中的集热器边缘用一个肋片和带有玻璃金属密封装置的管来固定。这样一来，波纹管可以承受玻璃包层和金属管的不同膨胀。这种结构和立管结构很像。 6.13：液体加热器几何学 图e中，U型管连接着两个导管，集热器中的液体可以从下面流回来。两个金属玻璃密封装置在管的同一端。两个导管的回流很接近，这样一来，两导管间的阻力就特别高。如果阻力变成零，两个导管的温度将会相等，集热量将为零。Ortabasi和Buehl（1975）制造了一个平板分成两部分的集热器，这样就能避免连接的问题，如果没有连接，e中集热器的分析基本上和a,b,c 一样了，虽然管的边缘进口和出口是多种多样的。 6.13：液体加热器几何学 如图f，热管可以被抽出来，能量来自分散的集热器。热管和肋片连接的部分是锅炉部分。冷凝器是一个和导管有良好的热连接的很短的部分，其中的流体用泵加热。冷凝器用一个夹子固定在导管上，运载流体加热。这样的设计有明显的优势，在导管的一端只有一个密封装置，热管和肋片是空的，增大了内部的分散空间。 6.13：液体加热器几何学 这些设计和其他大部分平板集热器相比，沿着导管方向的温度梯度很小，但是从一个导管连接处到下一个接头处会有温度梯度。 像a,b,c这些有平板盖面的平板集热器和像d,e,f这些具有圆柱形盖面的集热器还是有重要的差别的。肋片的宽度必须小于管的直径，所以吸收表面的面积比管的表面积要小。管经常放置的很紧密。吸收平面可能会随着管的排列的不同而不同。和平板集热器相比，太阳透射比的角相关性关系也会不同。多支管设计种类非常多，多支管损失也很重要。另外金属玻璃密封装置也要提供。 图a,b,c中的立管都是平行管，图g提供了一个弯弯曲曲的立管的选择。 6.13：液体加热器几何学 切断吸收板，在管的中途有热中断，那就是常见的集热器了。如果没有中断，降低的性能可以预测，就需要更加复杂的分析了。 Abdel-Khalik(1976)解决了一个弯管的问题，Zhang和Lavan(1985)得到了三个和四个弯管时的结果。 6.13：液体加热器几何学 6.14：空气加热器 图6.14.1给出六种空气集热器的设计方案和集热器因数的计算式。对于e和f，交错玻璃板和矩阵空气集热器，数据分析的结果还没有一般的形式。对于这两种情况，必须借助于数字技术进行分析。Selcuk（1971）分析了重叠玻璃平板系统。Chiou等人（1965），Hamid，Beckman（1971）和Shewen（1981）分析了流量通路几何学对h和F‘的影响。 为了阐明空气加热器中得到F’和U的步骤，我们求得了图6.14.1中a的式子。 6.14：空气加热器 虽然b中是空气加热器中常见的设计，a分析起来有些复杂。在被动集热系统中，a和集热储热墙类似。集热器和热网络如图6.14.2所示： 6.14：空气加热器 在一些地方，沿着流动方向，平板吸收太阳能热后温度达到Tp，能量通过背面损失系数Ub从平板传像周围温度为Ta的空气，以对流传热系数为h2，热流温度为Tf，线性辐射热交换系数hr的热流到达盖面玻璃底部。能量以热交换系数h1到达盖面玻璃。能量损失到周围空气的热对流和辐射系数为Ｕｔ。Ｕｔ也适用于多盖面系统。 6.14：空气加热器 6.15：集热器性能测试 Hottel和Weortz（1942）首先做平板集热器性能测试的人，他们是