太阳能螺旋槽管相变蓄热器强化传热性能研究

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
新型槽式跟踪太阳能集热器的中高温热利用研究
采用新型导热介质，主要介绍了集热装置的热性能实验方法，并着重对槽式跟踪太阳能集热器集热性能进行了研究及分析，通过对槽式跟踪热管真空管集热器理论值与试验值的比较，结果表明：利用导热油强化传热技术并结合热管技术，使得槽式跟踪太阳能集热器具有较高的集热效率，可产压力2 MPa，温度达200℃以上的饱和蒸汽。

太阳能集热器的研究除了需要理论方面的分析与计算外，更需要通过实
验所反映的真实数据对其综合性能及质量作出客观性的评价，并为太阳能集热装置的进一步改造与完善、太阳能热利用系统的设计与推广提供可靠的参数和实践依据。

抛物面型集热器（目前以槽式与CPC 式为主要研究方向）作为一种技术尚未成熟、各项性能处于探索阶段的新型高效太阳能集热装置，若要进入现实生活中，就必须经过多项试验的审核。

本文采用新型导热介质从热性能方面进行实验研究，对槽式真空管热管集热器的热效率实验将从瞬时效率和一段时间（如一天或一周等）内的平均效率进行分析。

1、热管技术及强化传热技术的应用
太阳能集热器中采用热管真空管后，集热器集热效率高，保温效果好，
适用范围广，寿命长，结构简单，可靠性强。

近年来，将热管技术与真空玻璃技术结合，应用于太阳能集热器，即现在所说的太阳能真空管热管集热器，它具有热损失小、热容量小、热二级性、宽工作范围等优点，为了改善非聚焦型热管式真空管太阳能集热器的太阳能流辐射密度低的不足和满足中高温热源的要求，采用槽式跟踪聚光技术与热管真空管技术相结合。

通过对导热油型槽式单轴跟踪真空管热管太阳能集热器的实验与理论性。

第36卷第6期2008年6月 化　学　工　程C H E M I C A LE N G I N E E R I N G (C H I N A ) V o l .36N o .6J u n .2008作者简介:方书起(1964—),男,副教授,硕士生导师,研究方向为过程设备强化;赵凌(1980—),硕士生,通迅联系人,E -m a i l :z h a o 529810@s o h u .c o m 。

螺旋槽重力热管强化传热实验研究方书起,赵　凌,史启辉,路慧霞(郑州大学化工学院,河南郑州　450001)摘要:为了提高重力热管的传热能力,用螺旋槽表面结构来强化重力热管传热,并以水为工质进行了传热特性实验研究。

自制热电偶和热管并搭建实验设备,改变加热功率,测得在不同的蒸汽温度下的热管壁温。

实验结果表明:以管内等效对流换热系数为评价指标,与普通重力热管相比,螺旋槽重力热管的对流换热系数提高了10%—23%,其中槽深和螺距对传热有很大的影响。

关键词:重力热管;螺旋槽;强化传热中图分类号:T Q 028.94 文献标识码:A 文章编号:1005-9954(2008)06-0019-03E x p e r i m e n t a l r e s e a r c ho f e n h a n c e dh e a t t r a n s f e rf o r s p i r a lg r o o v e g r a v i t yh e a t pi p eF A NG S h u -q i ,ZH A O L i n g ,S HI Q i -h u i ,L UH u i -x i a(S c h o o l o f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g ,Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y ,Z h e n g z h o u 450001,H e n a n P r o v i n c e ,C h i n a )A b s t r a c t :U s i n g s p i r a l g r o o v e o n t h e s u r f a c e t o e n h a n c e t h e h e a t t r a n s f e r i n t h e g r a v i t y h e a t p i p e w a s p r o p o s e d .T h e e x p e r i m e n t a l d e v i c e w a s b u i l t a n d t h e r m a l p o w e r w a s c h a n g e d .T h e w a l l t e m p e r a t u r e o f t h e h e a t p i p e u n d e r d i f f e r e n ts t e a mt e m p e r a t u r e w a s o b t a i n e d b y t h e s e l f -m a d e t h e r m o c o u p l e s .T h e r e s e a r c h o f h e a t t r a n s f e r w a s c o n d u c t e d u s i n g w a t e r a s r e f r i g e r a n t s .T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h e h e a t t r a n s f e r c a p a c i t y o f t h e s p i r a l g r o o v e g r a v i t y h e a t p i p e i s 10%-23%h i g h e r t h a n t h a t o f t h e o r d i n a r y g r a v i t y h e a t p i p e ,w i t h t h e e q u i v a l e n t c o n v e c t i o n h e a t t r a n s f e r c o e f f i c i e n t a s e v a l u a t i o n i n d i c a t o r .T h e h e a t t r a n s f e r i s v e r y a f f e c t e d b y g r o o v e d e p t h a n d w h o r l i n t e r v a l .K e y w o r d s :g r a v i t y h e a t p i p e ;s p i r a l g r o o v e s ;e n h a n c e d h e a t t r a n s f e r 重力热管又称二相闭式热虹吸管。

《太阳能相变蓄热供暖系统理论及实验研究》篇一一、引言随着能源危机和环境污染问题的日益严重，清洁可再生能源的开发与利用已成为全球关注的焦点。

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，其在供暖领域的应用具有重要意义。

太阳能相变蓄热供暖系统通过高效利用太阳能，实现低能耗、低污染的供暖方式，对于提高能源利用效率、缓解能源压力具有重要价值。

本文将围绕太阳能相变蓄热供暖系统的理论及实验研究进行深入探讨。

二、太阳能相变蓄热供暖系统理论1. 系统构成太阳能相变蓄热供暖系统主要由太阳能集热器、相变材料（PCMs）蓄热器、控制系统及辅助加热设备等组成。

其中，太阳能集热器用于收集太阳能并转化为热能，相变材料蓄热器通过相变过程实现热能的储存与释放，控制系统负责整个系统的运行与调节，辅助加热设备则用于在太阳能不足时提供补充热源。

2. 工作原理太阳能相变蓄热供暖系统的工作原理主要基于相变材料的潜热储能特性。

在白天，太阳能集热器将收集的太阳能转化为热能，并将其传递给相变材料蓄热器中的相变材料。

在相变过程中，相变材料吸收大量热能并储存起来。

当夜间或太阳能不足时，相变材料将储存的热能释放出来，为供暖系统提供热量。

通过控制系统的调节，可实现热能的合理利用与分配。

三、实验研究为了深入研究太阳能相变蓄热供暖系统的性能及特点，本文开展了一系列实验研究。

1. 实验设备与方法实验设备主要包括太阳能集热器、相变材料蓄热器、测温仪、数据采集器等。

实验方法包括性能测试、数据记录与分析等。

通过改变太阳辐射强度、环境温度等条件，观察相变材料的相变过程及热能储存与释放情况，分析系统的性能特点及影响因素。

2. 实验结果与分析（1）性能测试结果：通过实验发现，太阳能相变蓄热供暖系统在太阳辐射强度较高时，能够有效地吸收并储存太阳能。

在夜间或太阳能不足时，相变材料能够稳定地释放热能，为供暖系统提供持续的热源。

（2）影响因素分析：实验结果表明，太阳辐射强度、环境温度、相变材料的性能等因素对系统的性能具有重要影响。

1绪论热能储存技术用于解决热能供需间的矛盾，是提高能源的利用效率及保护环境的重要技术。

强化传热技术一直是蓄热研究方面的重点，传热的强化主要有两条途径：研发新的相变蓄热材料，改善相变蓄热装置。

相变材料主要可分为有机相变材料和无机相变材料[1]。

其中无机相变材料主要有单纯盐、碱金属与合金、高温熔化盐类和混合盐类等，无机相变材料具有较高的熔解热和固定的熔点等优点；但绝大多数无机相变材料具有腐蚀性，相变过程中存在过冷和相分离的缺点。

为防止无机相变材料的腐蚀性，蓄热系统必须采用不锈钢等特殊材料制造，从而增加了制造成本。

为抑制无机相变材料相变过程中的过冷和相分离，需通过大量试验研究，寻求好的成核剂和稳定剂。

有机类相变材料主要有石蜡类、高级脂肪酸类、聚烯烃、醇类等，具有固体成型性好，不易发生相分离及过冷现象，腐蚀性较小和性能稳定等优点；但有机物相变材料热导率较低[2,3]。

在相变蓄热装置方面，实际应用中通常采用添加高热导率材料如铜粉、铝粉或石墨等作为填充物以提高热导率；采用翅片管换热器，依靠换热面积的增加来提高传热性能；采用波纹管，依靠热媒体流动来提高传热性能等。

本实验将采用波纹管来提高换热效率。

由于波纹管表面凹凸的外形，使流体在管内形成较强的湍流，从而大大提高管内外表面的换热数，使换热器整体换热效率比列管式的提高2-3倍。

波纹管通过热胀冷缩而具有自洁作用，因此不易结垢，自行补偿温差产生的热应力。

1.1研究背景及意义蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术[4-6]，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾,在太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景,目前已成为世界范围内的研究热点。

在化工生产和许多工业过程排放的废热是不连续的，要充分利用这些不稳定的能源，就需要采用蓄热技术，将这些热量暂时储存起来，在需要的时候再释放出去。

这样既可以降低企业能耗，又可以减少由一次能源转变为二次能源时产生各种有害物质对环境的污染。