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太阳能真空集热管的强化传热技术研究

吴文波  
【摘要】:槽式太阳能集热器是目前应用最为广泛的太阳能中高温热利用设备,在工业和日常生活中都拥有广阔的应用前景,但槽式太阳能集热器存在着传热系数较低、设备占地面积大和真空集热管内易结垢等问题。本文利用内插物强化传热技术改进真空集热管,选取扭带、组合转子和绕花丝三种代表性的内插物对真空集热管进行强化传热。扭带和组合转子通过使管内产生非衰减的旋流和扰流,达到提高换热性能的目的,并且有一定的防垢和除垢作用。绕花丝通过弥散效应,提高流体混合程度,进而增大边界层区域的温度梯度达到强化传热的目的。 本文通过数值模拟和实验相结合的方法对三种内插物对真空集热管的强化传热效果进行了研究。主要的内容有: (1)采用FLUENT软件对内置扭带和转子的真空集热管进行了数值模拟,利用DNS法对加入扭带和组合转子后太阳能真空集热管的速度场、压力场和温度场进行了数值计算,得到了内管出口处的速度分布、压力分布和温度分布。将结果与普通真空集热管的分布情况进行了对比,发现加入内插物后强化传热效果十分明显,同时也引起了管内阻力系数的增大,其中内插组合转子的强化传热效果要大大优于内插扭带。 (2)搭建了实验台对绕花丝和组合转子装置在实际应用中的效果进行测试,结果表明加入内插物后管内传热介质的出口温度有了较大幅度的提高,同时也引起了功耗的增加。绕花丝与组合转子装置相比强化传热效果相近,但功耗要小于组合转子,从经济性上考虑绕花丝内置物的综合效果更好。 通过以上研究为内插物强化传热技术在太阳能真空集热管上的应用以及内插物种类的选择提供了理论基础。


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