《太阳能热利用技术（清华大学）平板型集热器的热容量对性能的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能热利用技术（清华大学）平板型集热器的热容量对性能的影响（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 0 - F e b - 0 9 1建筑工程学院市政工程系第三章 3 6 平板型集热器的热容量对性 能的影响太阳能热利用 太阳能热利用 太阳能热利用 - F e b - 0 9 23 6 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 在实际情况下，由于 太阳辐照度 太阳辐照度 太阳辐照度 太阳辐照度 、 环境温度 环境温度 环境温度 环境温度 、 室外风速 室外风速 室外风速 室外风速 及 天 天 天 天气 气 气 气 的逐时变化，平板型 集热器大多是在 非稳态 非稳态 非稳态 非稳态 下运行。因此，需
2、考虑集热器的热容对其热性能的影响。集热器的热容对其热性能的影响通常包括 两种不同性质 两种不同性质 两种不同性质 两种不同性质 的情况 ： 驱动力 ( 主要指太阳辐照度 ) 在一日内的 渐变 渐变 渐变 渐变 所产生的影响； 一日内驱动力迅速的、间断的 瞬变 瞬变 瞬变 瞬变 所产生的影响 ( 如突然有云层遮挡时的情况 ) 。 - F e b - 0 9 33 6 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响3 6 1 、蓄热状态下热容的影响 先分析 单层盖板 单层盖板 单层盖板 单层盖板 集热器中 流体
3、不流动 流体不流动 流体不流动 流体不流动 时的 纯粹蓄热 纯粹蓄热 纯粹蓄热 纯粹蓄热 的情况。作如下简化： 集热器分为两部分，吸热板及其内部流体、隔热材料作为一部分，认为它们温度相同，以吸热板温度 T P 表示； 玻璃盖板作为另一部分，其温度为 并且 T c T p 。 - F e b - 0 9 43 6 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 对于 吸热板整体 吸热板整体 吸热板整体 吸热板整体 ( 包括流体及 隔热材料 ) ，蓄热过程能量方程为：( ) ( ) c = 1式中： U 1 吸
4、热板到玻璃盖板的热损系数； 对于 玻璃盖层 玻璃盖层 玻璃盖层 玻璃盖层 ( 假设它不吸收太阳辐射 ) ，则其能量平衡方程为：式中： U 2 玻璃盖板到周围环境的热损系数；( ) ( ) ( ) c = 21 - F e b - 0 9 53 6 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 假设集热器传给外界的 总热损近似 总热损近似 总热损近似 总热损近似 等于玻璃 盖板传给周围环 盖板传给周围环 盖板传给周围环 盖板传给周围环境的热量 境的热量 境的热量 境的热量 ，即： ( ) ( )=2 将上式
5、对时间求导，有： 将前面所列的 吸热板整体 吸热板整体 吸热板整体 吸热板整体 及 玻璃盖板能量方程 玻璃盖板能量方程 玻璃盖板能量方程 玻璃盖板能量方程 相加，并结合上式，则有： ( ) ( ) ( ) cm c = + 2 ( ) em 效热容 有效热容 有效热容 - F e b - 0 9 63 6 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响令集热器的 有效热容 有效热容 有效热容 有效热容 为：= ( ) em c( ) ( ) ( ) 2cm cm c = 并假定 对于 n 层盖层的集热器，其
6、 有效热容 有效热容 有效热容 有效热容可表示为： ( ) ( ) ( )m cm cm c ,1=+= 式中： i 为集热器 总热损系数 总热损系数 总热损系数 总热损系数 与 从所讨论的盖层到环境的热损 从所讨论的盖层到环境的热损 从所讨论的盖层到环境的热损 从所讨论的盖层到环境的热损系数 系数 系数 系数 之比 ( 其值小于 1 ) 。 - F e b - 0 9 73 6 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 引进有效热容可简化成只需 求解一个微分方程 求解一个微分方程 求解一个微分方程
7、求解一个微分方程 ，这种简化所引起的误差一般难以估计。但在某一时间段内，如 S 和 T a 基本上保持不变，则误差很小。此时上述微分方程的解为： ( )( ) ( ) = m e 因此，可根据已知的每段时间开始时的 S 、 、 、 、 U L 、 、 、 、 T a 及 吸热板温度 吸热板温度 吸热板温度 吸热板温度 T p , 初 初 初 初计算每段时间终了时的 集热器的板温 集热器的板温 集热器的板温 集热器的板温 。然后根据集热器的 有效热容 有效热容 有效热容 有效热容及集热器的 温升 温升 温升 温升 估算出集热器的 蓄热量 蓄热量 蓄热量 蓄热量 。该蓄热量不能作为有用能使用，因而
8、具有 热损失 热损失 热损失 热损失 的性质。 - F e b - 0 9 83 6 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响当 时，有：( )( ) ( ) = m e 在 式 中，( )Lc c= ( )( ) = 将 ( m cm m m ) e / A c U L 定义为集热器的时间常数，它表示集热器在 纯粹蓄热状 纯粹蓄热状 纯粹蓄热状 纯粹蓄热状态下 态下 态下 态下 对瞬变的驱动力的 反应迅速程度 反应迅速程度 反应迅速程度 反应迅速程度 。 - F e b - 0 9 93 6 、平板
9、型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响3 6 2 、瞬变驱动力下热容对集热器性能的影响 为便于研究分析，作如下 假设 假设 假设 假设 ： 此时集热器的有效热容由吸热板负担；吸热板与流体间的对流换热系数很大，可近似认为流体的平均温度与吸热板温度相等。 此时集热器的非稳态能量平衡方程为： ( ) = 式中： W 吸热板两管子之间的中心距； C e 集热器单位面积有效热容。 - F e b - 0 9 1 03 6 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能
10、的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 假定 流体流动方向呈 线性分布 线性分布 线性分布 线性分布 ，将上式中沿流体流动方向积分，则有： ( ) ( )( ) ( )TG TG , , = = 式中： G 集热器单位面积流体的流量。 ？ ？ ？ ？( ) = - F e b - 0 9 1 13 6 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 现分析到达吸热板的 太阳辐照度 太阳辐照度 太阳辐照度 太阳辐照度 S 或集热器 流体进口温度 流体进口温度 流体进口温度 流体进口温度 T f , i 在稳
11、态条件下发生 一突跃 一突跃 一突跃 一突跃 的变化后又恢复恒定后 集热器的响应 集热器的响应 集热器的响应 集热器的响应 。 假定在此过渡过程中，环境温度、风速、流体流量等参数维持不变。在流体进口温度不变并且流体温度沿流动方向呈 线性分布 线性分布 线性分布 线性分布 的情况下，应有： , = ？ ？ ？ ？比例系数 比例系数 比例系数 比例系数 将上式代入前面的微分方程，可得： ( ) ( )TG , = - F e b - 0 9 1 23 6 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 ( )
12、( )( ) ( ) = CG TG e x p, , 1 在边界条件 = 1 ， T f , o = T f , o , 1 下，微分方程的特解为 ： 在此特定情况下，集热器的时间常数为 = ( m cm m m )e / A c U L ，即集热器出口温度由原来稳态下的温度变化到一个新的稳定温度所需的时间。 当 时， T f , 0, T f , o, 1 。 - F e b - 0 9 1 33 6 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响 、平板型集热器热容量对性能的影响例 2 ：某 平板型集热器的有效热容 C e = 1 4 . 2 k J / ( m 2 o C ) ，单位面积质量流量 G = 1 2 . 6 k g / ( m 2 h ) ，比例系数 K 1 / 2 ，比热 4 . 1 8 k J / ( k g o C ) ，试计算该集热器在太阳辐照度发生一突跃时的时间常数。解：由集热器在瞬变驱动力作用下的时间常数计算式
