《太阳能热利用技术（清华大学）平板型集热器的效率因子与热转移因子》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）平板型集热器的效率因子与热转移因子（29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 4 平板型集热器的效率因子与热转移因子太阳能热利用 太阳能热利用 太阳能热利用 - F e b - 0 9 23 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子3 4 1 、基本假设 集热器的热传递过程 太阳辐射 太阳辐射 太阳辐射 太阳辐射收集的热量 收集的热量 收集的热量 收集的热量收集的热量 收集的热量 收集的热量 收集的热量管板式 管板式 管板式 管板式 集热器 集热器 集热器 集热器 吸热板宽度方向 吸热板
2、宽度方向 吸热板宽度方向 吸热板宽度方向 吸热板高度方向 吸热板高度方向 吸热板高度方向 - F e b - 0 9 33 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子吸热板内的温度分布 吸热板内的温度分布 吸热板内的温度分布 吸热板内的温度分布沿流体流动 沿流体流动 沿流体流动 沿流体流动 ( 高度 高度 高度 高度 ) 方向 方向 方向 方向温度逐渐升高 温度逐渐升高 温度逐渐升高 温度逐渐升高 沿吸热板宽度 沿吸热板宽度 沿吸热板宽度 沿吸热板宽度 ( 水平 水平 水平 水平 )
3、 方向 方向 方向 方向两种方向上温度叠加后的结果 两种方向上温度叠加后的结果 两种方向上温度叠加后的结果 - F e b - 0 9 4基本假设 分析的目的在于揭示一些 重要变量之间的关系 重要变量之间的关系 重要变量之间的关系 重要变量之间的关系 及其 对集热器 对集热器 对集热器 对集热器性能的影响 性能的影响 性能的影响 性能的影响 ，为便于研究 ( 适量简化 ) ，作以下基本假设： 系统处于 热平衡状态 热平衡状态 热平衡状态 热平衡状态 ( 所吸收的有用能全部传给换热流体 ) ；吸热板的厚度很小，沿 厚度方向的温度梯度 厚度方向的温度梯度 厚度方向的温度梯度 厚度方向的温度梯度 可
4、以忽略； 流体在管子中的 流动是均匀 流动是均匀 流动是均匀 流动是均匀 的； 盖板 不吸收太阳辐射 不吸收太阳辐射 不吸收太阳辐射 不吸收太阳辐射 ； 通过盖层的温降可以忽略；3 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、 - F e b - 0 9 53 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 通过集热器背部隔热材料的热流是一维的； 天空是一个在 等效天空温度下发射长波辐射的黑体 等效天空温度下发射
5、长波辐射的黑体 等效天空温度下发射长波辐射的黑体 等效天空温度下发射长波辐射的黑体 ； 管壁的热阻忽略不计 ( 金属的导热性好，并且管壁很薄 ) ；热物性参数为常数 热物性参数为常数 热物性参数为常数 热物性参数为常数 ( 比热、导热系数、密度等 ) ； 通过集热器前面和背面的热损都是 相对于同一环境温度 相对于同一环境温度 相对于同一环境温度 相对于同一环境温度 的； 沿 液体流动方向的温度梯度 液体流动方向的温度梯度 液体流动方向的温度梯度 液体流动方向的温度梯度 及 管子之间的温度梯度 管子之间的温度梯度 管子之间的温度梯度 管子之间的温度梯度 可以分开处理( 近似看作两个一维热传递 )
6、 ；集热器四周的壳体在吸热板上的阴影可以忽略。 - F e b - 0 9 63 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子3 4 2 、平板型集热器的效率因子吸热板肋片微元体示意图 吸热板肋片微元体示意图 吸热板肋片微元体示意图 吸热板肋片微元体示意图采用 控制容积法 控制容积法 控制容积法 控制容积法 来定量分析集热器得到的有用收益如何传递给传热流体。在集热器传热流体的流动方向上 某一任意给定 某一任意给定 某一任意给定 某一任意给定 的y 处，取一单位长度的单元体为研究对象，
7、如下图所示。忽略沿板厚度方向的温度梯 板厚度方向的温度梯 板厚度方向的温度梯 板厚度方向的温度梯 度 度 度 度 ，可近似处理为经典的 等壁温肋片传热 等壁温肋片传热 等壁温肋片传热 等壁温肋片传热问题。 管子正上方的板温近似认 管子正上方的板温近似认 管子正上方的板温近似认 管子正上方的板温近似认 为相等 为相等 为相等 - F e b - 0 9 73 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子肋片微元体的能量的平衡 肋片微元体的能量的平衡 肋片微元体的能量的平衡 肋片微元体的能
8、量的平衡在此 肋片上取一宽度为 x 、长度 为 为 为 为 1 的微元体 ( 如下图所示 ) ，则其能量平衡方程为： ( ) 0= + + 式中： T 吸热板的板温； 吸热板的导热系数； S 单位时间单位面积吸热板获得的太阳辐射能， S = ) 。d xd x xd xd d 22 = - F e b - 0 9 83 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 将上式除以 x ，并取x 0 的极限，则： =d 22 微元体的边界条件为： 00 = ) T = 2 绝热 绝热 绝热
9、- F e b - 0 9 93 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 令 ,= 2 则上述边界条件变为：,00 = ( ) = 2 上述微分方程变为： 222 - F e b - 0 9 1 03 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 此微分方程的通解为： ( ) ( )m xc c os hs i = 将上述边界条件代入此方程，则微分方程的特解为： ( )(
10、 ) = 2c os c os h m a += += = xx xx xx xx ee a c os h 2s i 曲函数 双曲函数 双曲函数 - F e b - 0 9 1 13 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 根据傅立叶定律 ( 热传导定律 ) ， 单侧管子 单侧管子 单侧管子 单侧管子 焊接处传给管子的热量为： ( ) ( ) ( ) ( ) = = 2t a n md q 两侧管子 两侧管子 两侧管子 两侧管子 焊接处传给管子的热量为： ( ) ( ) ( )(
11、 )2 2 = 为肋片效率 为肋片效率 为肋片效率 为肋片效率 - F e b - 0 9 1 23 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 ( ) ( ) =, 因此， 两侧管子 两侧管子 两侧管子 两侧管子 焊接处传给管子的热量为：管板式集热器的肋片效率 管板式集热器的肋片效率 管板式集热器的肋片效率 - F e b - 0 9 1 33 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率
12、因子与热转移因子 集热器的由于能量收益还包括 管子正上方吸热板 管子正上方吸热板 管子正上方吸热板 管子正上方吸热板 所吸收的热量，该部分能量收益为： ( ) t = 因此，集热器在流动方向上 每单位长度的有用能量收益 每单位长度的有用能量收益 每单位长度的有用能量收益 每单位长度的有用能量收益 为：( ) ( ) u +=+= , - F e b - 0 9 1 43 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 另一方面，管内流体的 有用能量收益 有用能量收益 有用能量收益 有用能量收益 可写成下面的形式：fb Tq u 11, += 式中： D i 为管子的内径； f , i 为流体与管壁的换热系数； 为管子与吸热板焊接处的结合热导； , 1 为管壁传热给流体的对流热阻； 为管壁与吸热板焊接处的结合热阻。 - F e b - 0 9 1 53 4 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子 、平板型集热器的效率因子与热转移因子式中： l b 为焊缝长度； b 为焊缝结
