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1、太阳能热利用基础 （一）,讲师： 朱敦智,太阳能利用的重要性,能源消费伴随着经济发展而持续快速增长，2004 2010 年中国能源消费总量增长速度大于2020 年GDP 翻 两番、能源翻一番的规划速度，这对我国能源发展造成 很大压力，加快可再生能源发展势在必行。 中国能源消费总量（亿吨标准煤）,讲师： 朱敦智,环境形势十分严峻,中国是世界SO2 排放最严重的国家，因而也是酸雨污染最严重的国家，下表给出了中国燃煤发电所排放的SO2 的数量。2007 年，除中国SO2 排放持续为世界第一外，中国CO2 排放也超过美国，成为世界第一 (CO2排放美国59.1 亿吨，我国60.2 亿吨。这给中国节能减
2、排、改善能源结构以及能源可持续发展带来了巨大压力。,讲师： 朱敦智,太阳能在未来能源中的地位,讲师： 朱敦智,世界可再生能源能源结构,数据来源： IEA-SHC，Solar Heat Worldwide 2011,讲师： 朱敦智,太阳能利用的意义,利用过程中没有温室气体CO2的排放。 与煤相比，使用时可以减少SO2、NOX和烟尘等污染物排放，有利于环境质量改善。 替代化石燃料，可节约资源。 实现能源使用的本地化，减少燃料供应的交通负担及相应的大气污染。,讲师： 朱敦智,分类 太阳辐照 MJ/ /(m2a) 日照小时(h/a) 6700 32003300 54006700 30003200 42
3、005400 14003000 10，许多太阳能集热器中流体的流速很低，由浮力引起的自然对流也会影响对流换热，这种换热情况称为混合对流。如果Gr/Re2在1与10之间及L/D50,讲师： 朱敦智,太阳能利用对流换热公式,管道内的湍流换热流体Pr数值在0.7700之间，并满足Re6000和L/D60，一个大气压下空气通过一个很长的风道的湍流流动，在300K及380K温度范围内流体是在螺旋管中流动，则按直管中流动算得的对流换热系统乘以系数e进行修正（气体） （液体）,讲师： 朱敦智,太阳能利用对流换热公式,绕掠单管的受迫对流换热真空管在有风条件下换热，都属于绕掠单管的受迫对流换热，对于ReD500
4、下，一个大气压下空气通过一个很长的风道的湍流流动，在300K及380K温度范围内平板表面的自然对流换热：平板集热器和建筑墙壁当10000GrL109时，建议用下式,讲师： 朱敦智,太阳能利用对流换热公式,两块平行平板之间的自然对流换热对于30q60,12H/d40及1.3*104GrPr106的情况两块平行平板之间的强制对流换热 当流体为湍流时，可以利用下述基于空气做的实验得到经验关系式卵石床中对流换热,讲师： 朱敦智,辐射换热,热辐射是物体通过电磁波传递热量的现象，其主要特点热交换不需要物体间直接接触。 热辐射是指具有热效应的辐射能，即能被物体吸收，又能转换成热能。热辐射所包含波长范围主要位
5、于0.350m，即紫外、可见光和红外三个波段。 在工业过程中，物体温度一般在2000K以下，其辐射能在红外波段内，因此可将热辐射看成红外线辐射。,讲师： 朱敦智,辐射的吸收、反射和透射,当辐射投射到一个物体（固体、液体或气体）时，部分能量被吸收，部分能量被反射或散射，余下的将透过物体，各部分能量与入射辐射能的比值定义为物体的“吸收比”，“反射比”和“透射比”自然界所有物体的吸收比、反射比和透射比均在0到1范围内，且与辐射波长、投射方向有关。 对于金属导体而言，热辐射进入表面内很短距离（1m数量级），对于大多数的非导电体材料来说（小于1mm）。因此，工程材料可认为其透射比为零。,讲师： 朱敦智,物体辐射,任何物体只要温度高于绝对零度，都向外发射辐射能。 根据斯蒂芬-波尔茨曼定律，黑体的辐射力（辐射出射度）与黑体的绝对温度的四次方成正比，且各个方向的定向辐射强度相等。 实际物体辐射力并不严格地满足绝对温度的四次方成正比，辐射强度也小于同等温度时黑体。我们定义物体“发射率”或发射比（也称“黑度”）为相同温度下辐射体的辐射力与黑体的辐射力的比值。 “发射率”表征物体的辐射特性，同一物体的发射率与温度和辐射波长有关，对不同方向值也不同。在太阳能热利用中，一般采用半球向全发射率，它是对半球向全波谱辐射的积分值。,
