太阳能集热型蒸汽发生装置的结构及传热研究

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本课题的研究来源于武汉市科技对接计划项目“太阳能集热型低压蒸汽吸附制冷系统”(201150124015)。本文的主要研究对象是太阳能蒸汽发生装置,利用太阳能这种取之不尽可再生能源来产生中高温蒸汽,势必将会使中高温蒸汽的利用得到进一步的推广。  本文的研究从对太阳能的充分利用出发,建立晴朗天气时北京地区太阳辐射模型,计算了太阳能月平均日辐射量,与实测值进行比较,偏差在10%以内。建立基于此太阳辐射模型的集热器倾角模型,输入地理位置的参数和气象参数即可得到最佳倾角。设计一种新型太阳能集热型蒸汽发生装置,以全玻璃偏心管为集热装置,以双层不锈钢管道为蒸汽发生装置和气液分离装置,克服了传统蒸汽发生装置水汽混合时管阻大造成的气液分离较难的缺陷,外层玻璃管镀上铝反射膜,减少了散热损失和透射损失。并以北京顺义某太阳能吸附式制冷冷库为例,计算5kW的制冷量所需要的蒸汽量和集热管的根数,测试了蒸汽温度,本文所设计的装置能够产生120-140℃的蒸汽。  建立集热管之间最佳间距的数学模型,以性能价格比为目标函数,分析了无漫反射板和有漫反射板时集热器的性能价格比随集热器间距的变化关系,为工程中对集热管间距的选择提供了理论依据。分析太阳能集热型蒸汽发生装置的传热过程,利用Matlab软件进行迭代计算,得出了装置中集热器的热损失系数、集热效率和装置的总效率随选择性吸收涂层的发射率、饱和蒸汽的温度Ts以及太阳辐射强度的变化规律。
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