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1、第 卷 第 期 太 阳 能 学 报 ,年 月 正 ,条 带 式 热 管 平 板 太 阳 能热 水 器 的 实 验 研 究陈 立 军 吴 文 舒北 京 市 太 阳 能 研 究 所 , 北 京 一文 摘 讨 论 了 条 带 式 热 管 结 构 参 数 对 传 热 性 能 的 影 响 , 实 验 确 定 了 蒸 发 段 管 径 、 冷 凝 段 换 热 面 积及 热 管 充 液 量 等 参 数 的 适 宜 值 , 并 给 出 了 条 带 式 热 管 平 板 太 阳 能 热 水 器 的 热 性 能 测 试 结 果 。关 键 词 条 带 式 热 管 , 传 热 性 能 , 太 阳 能 热 水 器引 言铜
2、铝 复 合 式 太 阳 条 带 集 热 器 管 板 间 的 接 触 热 阻 很 小 , 翅 片 效 率 高 , 用 它 直 接 做 热 管 的 蒸发 段 , 构 成 条 带 式 热 管 太 阳 能 热 水 器 , 可 提 高 热 水 器 性 能 。铜 铝 复 合 太 阳 条 带 的 横 断 面 为 两 侧 带 有 狭 缝 的 菱 形 , 由 于 水 箱 的 限 制 , 为 了 保 证 有 足 够的 换 热 面 积 , 热 管 冷 凝 段 的 管 径 将 不 同 于 蒸 发 段 管 径 。 对 于 这 种 结 构 形 式 的 热 管 , 我 们 进 行了 系 统 的 实 验 研 究 , 并 分
3、析 了 结 构 参 数 对 传 热 性 能 的 影 响 。实 验影 响 热 管 传 热 性 能 的 结 构 参 数 有 充 液 量 、 蒸 发 段 管 径 、 冷 凝 段 与 蒸 发 段 换 热 面 积 之 比 等 。针 对 这 些 影 响 因 素 , 对 个 条 带 热 管 实 验 件 进 行 了 电 加 热 模 拟 实 验 , 结 果 见 表 。 实 验 件 蒸发 段 是 当 量 外 径 为 和 的 条 带 壁 厚 , 长 冷 凝 段 是 外 径 为 的 紫铜 管 壁 厚 工 质 为 丙 酮 。 实 验 时 电 加 热 丝 纵 向 固 定 在 条 带 的 翅 片 上 , 由 翅 片 导 热
4、 至 管部 , 这 与 太 阳 辐 照 条 件 下 条 带 的 传 热 方 式 相 仿 。 所 有 的 温 度 值 均 由 热 电 偶 和 多 点 温 度 测 试 仪测 量 。 整 个 系 统 与 水 平 面 成 ” 夹 角 。在 数 据 处 理 时 , 热 管 的 传 热 系 数 由 下 式 计 算 , 。 。 一 , 其 中 , 为 热 管 传 热 量 , 。 为 蒸 发 段 换 热 面 积 , , 。 为 蒸 发 段 壁 温 为 冷 却 水 温 。实 验 结 果 与 讨 论充 液最 佳 充 液 量由 图 可 见 , 热 管 一 的 传 热 系 数 最 大 , 说 明 充 液 量 比 较
5、合 适 , 它 占 蒸 发 段 容 积 的 比太 阳 能 学 报 卷表 ,一 一 一 一 一 一条 带 热 管 参 数一 一 一 一 一 一 一 一 一 一尸一 一 。 了 一 一, 一 , , 一 , 。 一 充 液 量 , 当 量 外 径 , 冷 凝 段 长 , 真 空 度例 为 形 。 充 液 量 增 加 或 减 少 都 使 传 热 性 能 下 降 , 一 的 值 比 一 降 低 约 。 充液 量 对 值 的 影 响 很 大 。冷 凝 段 的 影 响冷 凝 段 换 热 面 积 。 与 蒸 发 段 换 热 面 积 之 比 。 对 热 管 的 最 佳 充 液 量 影 响 不 大 , 见 图。
6、 这 可 以 理 解 为 在 实 验 提 供 的 传 热 量 及 , 范 围 内 , 冷 凝 段 散 热 面 积 的 变 化 对 热 管 内 部 工川引通 一一产遥 一一 一 一 一 一 一 一一 , , 节 甲甲自八凸了注 通八 、,工上 ,工牛一窝 。 任污女一图 一 叮 关 系 二刀 为 充 液 量 与 蒸 发 段 容 积 之 比 图 热 管 合 适 充 液 量 叭 随 。 。 的 变 化 曲 线质 蒸 发 一 冷 凝 循 环 的 影 响 较 小 , 即 在 这 一 范 围 内 冷 凝 段 面 积 的 大 小 对 于 热 管 内 部 换 热 来 说 已 经足 够 了 。实 验 中 还 发
7、 现 , 冷 凝 段 换 热 面 积 很 小 时 , 热 管 的 传 热 性 能 对 充 液 量 的 变 化 不 敏 感 。蒸 发 与 冷 凝 段冷 凝 段 面 积 对 传 热 的 影 响冷 凝 段 面 积 的 变 化 是 通 过 改 变 长 度 来 实 现 的 。 由 图 可 见 , 冷 凝 段 长 度 。 由 减 小到 、 、 时 , 热 管 的 传 热 系 数 逐 渐 减 小 , 即 冷 凝 段 长 传 热 好 。 分 析 原 因是 正 常 工 作 的 热 管 , 内 部 的 蒸 发 与 冷 凝 换 热 系 数 很 大 , 其 主 要 热 阻 存 在 于 冷 凝 段 外 表 面 与冷 却
8、 水 间 的 自 然 对 流 换 热 , , 大 的 热 管 这 一 热 阻 小 , 故 传 热 性 能 好 , 值 高 。表 列 出 了 传 热 量 二 时 的 乙 乙 值 乙 勺 为 冷 凝 段 外 壁 与 冷 却 水 间 的 温 差 , 即 外 部传 热 温 差 乙 。 为 蒸 发 段 壁 温 与 冷 却 水 温 之 差 , 即 热 管 总 的 传 热 温 差 。蒸 发 段 管 径 对 传 热 的 影 响这 一 影 响 是 通 过 两 组 试 验 件 一 和 一 , 一 和 一 的 对 比 确 定 的 。 结 果 表期 陈 立 军 等 条 带 式 热 管 平 板 太 阳 能 热 水 器
9、的 实 验 研 究卜 一一卜 、 ,日 只了 卜 乃占 孟工名 。尸巴。一八目月住琴记弓上图 冷 凝 段 的 变 化 对 传 热 性 能 的 影 响 图 条 带 热 管 传 热 性 能 对 比充 液 量 一 , , 表 舫 时 热 管 的 乙 场 乙 亡 值热热 管管 一 一 圣 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一乃乃 乙 艺艺明 , 叻 条 带 热 管 的 传 热 性 能 优 于 功 , 见 图 。 由 此 认 为 一 试 验 件 具 有 最 佳 充 液 量 。不 凝 气 体热 管 中 不 凝 气 体 会 占 据 冷 凝 段 的 一 部 分 , 使 凝 结 换 热 性 能 下 降 。
10、 为 了 了 解 不 凝 气 体 对 太 阳能 集 热 器 条 带 热 管 传 热 性 能 的 影 响 , 对 含 有 少 量 不 凝 气 体 的 热 管 一 真 空 度 为 一 ,进 行 了 实 验 。 结 果 表 明 , 由 于 少 量 不 凝 气 体 的 存 在 , 使 一 的 传 热 性 能 明 显 低 于 其 它同 类 型 的 热 管 一 、 一 、 一 及 一 。 传 热 量 为 时 其 传 热 系 数 与 无 不 凝 气体 的 相 比 降 低 了 。热 水 器 热 性 能用 上 述 最 佳 热 管 一 制 作 了 一 台 条 带 式 热 管 平 板 太 阳 能 热 水 器 。 其
11、 透 明 盖 板 为 一 层厚 的 普 通 窗 玻 璃 , 二 实 测 , 板 芯 为 根 具 有 一 结 构 的 条 带 热 管 , 条 带 宽, 长 , 厚 , 涂 层 实 测 , 。 集 热 器 底 部 用 厚 岩 棉 、 四 周用 厚 聚 苯 板 保 温 , 透 光 面 积 为 , 其 倾 角 为 。 。 水 箱 用 厚 聚 苯 板 保 温 , 贮 水量 。年 月 日 在 北 京 晴 天 条 件 下 测 得 该 热 水 器 日 平 均 效 率 为 形 。当 天 的 日 总 辐 射 量 为 , 平 均 环 境 温 度 为 。结。论用 条 带 制 造 平 板 集 热 器 热 管 是 可 行
12、 的 , 这 种 热 管 蒸 发 段 的 外 径 以 为 宜 壁 厚传 热 热 阻 主 要 来 自 冷 凝 段 外 表 面 与 冷 却 水 间 的 自 然 对 流 换 热 , 冷 凝 段 面 积 大 对 热 管传 热 有 益 。太 阳 能 学 报 卷热 管 的 充 液 量 对 传 热 性 能 有 较 大 影 响 , 一 的 值 比 一 低 形 , 在 冷 凝 段 长度 为 的 价 条 带 热 管 中 , 合 适 的 充 液 量 约 为 。 对 蒸 发 段 一 定 的 热 管 , , 对 合适 充 液 量 影 响 不 大 。 冷 凝 段 换 热 面 积 很 小 时 , 热 管 的 充 液 量 可 以 较 少 。 不 凝 气 体 对 热 管 的 传热 性 能 影 响 较 大 。以 结 构 参 数 优 良 的 一 制 作 的 热 水 器 , 其 日 平 均 效 率 达 形 。参 考 文 献, , , ,一, , , , ,一, , ,一 一巴 刀 , 艺 “ ,一, , 一 ,一 , ,
