槽式真空热管集热器的热效率分析
为了便于对集热器的集热效率分析,特做如下假设:
(1)忽略玻璃管及其厚度方向上的温度差异;
(2)忽略真空管内、外管沿圆周方向上温度分布的差异;
(3)因真空管内外管间被抽真空,忽略其导热和对流问题;
(4)忽略内管和热管间工质的扰动对传热的影响。
为了便于在给定环境温度和真空管内工质温度的条件下对集热器的进行传热计算,这里引入集热器热损系数Ue,它主要由真空管与环境(辐射和对流热损失),真空管内外管(主要是热辐射)以及真空管内管与热管间工质(以导热为主)三部分组成。
可得集热器总热损失系数
其中hr,re为真空管内外管之间的辐射换热系数;hw为真空管外表面与空气对流换热系数;hr,es为真空管外表面与环境的辐射换热系数;hm为真空管内管和热管之间介质的导热换热系数;
另外一部分热损失主要是由集热器内热管至集热介质(水)之间的热阻产生,其大小为
R = R1+R2+R3+R4+Rf (2)
式中Rf 为热管的冷凝段与水的传热热阻;R1 为蒸发段管外壁的传热热阻,R2 为热管蒸发端液汽界面相变传热热阻,R3 为热管冷凝端汽液界面相变传热热阻,R4 为冷凝段外壁的传热热阻,℃/W。
集热器实际吸收的太阳能总辐射量为
式中F'为槽式真空管热管集热器的效率因子;Ar为真空管内管面积;(Tf为获得的集热介质的温度(水或水蒸气);T0为环境温度。
集热器效率的定义为:在稳态条件下,集热器传热工质在规定时间段内得到的有用能和实际吸收的太阳总辐射能之比,即
式中Qs为实际吸收的太阳总辐射能,W;CR集热器的几何聚光比;ηop为集热器的光学效率;qs为光照辐射强度。
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