太阳能中温热管接收器设计研究

　　不同蒸汽温度下的热管蒸发段传热系数曲线见图4、热管冷凝段传热系数曲线见图5.由图4、图5可以看出，随着传输功率的增大，热管蒸发段和冷凝段传热系数都增加。热管蒸发段包括液池段和液膜段两部分，其传热过程为：在传输功率较小的情况下为薄膜蒸发，传输功率较大的情况下会产生饱和核态沸腾传热。热管冷凝段传热过程为膜状凝结，当液膜雷诺数Re，7.5时，认为液膜为光滑层流;当7.5

　　热管蒸发段周向平均温差如图6所示，热管管内蒸汽温度为250和300 oC时，周向平均温差为10℃左右，蒸汽温度为350和380℃时，周向平均温差为3℃左右。周向平均温差定义是热管蒸发段3个截面最大温差的平均值。试验中发现，温度为250和300℃时，3个截面温度分布相似，均为截面下表面温度高，上表面温度低;蒸汽温度为350和380 oC时，接近冷凝段的截面温度分布为上表面温度高，下表面温度低，与另外2个截面刚好相反，所以平均值变小。

　　3 中温热管接收器性能分析

　　本节主要分析热管应用到DSG系统接收器中对接收器性能的改进，包括2个方面：接收器可靠性和接收器热效率。

　　3.1 中温热管接收器可靠性

　　Eck等对DSG系统接收器吸热管周向温差进行了研究，发现当采用普通钢管作为吸热管时，吸热管周向最大温差为40 oC.Almanza等研究结果显示普通吸热管周向最大温差为60℃。为改善吸热管周向温差，Vicente等¨纠采用铜钢复合管替代普通钢管作为吸热管，结果表明吸热管周向温差降至8℃，效果显着。根据模拟试验的结果，笔者开发的中温热管接收器在改善吸热管周向温差方面效果也相当显着，热管管内蒸汽温度为250和300 oC时，周向平均温差为10℃左右，最大值低于13℃。蒸汽温度为350和380℃时，周向平均温差仅为3℃左右。

　　同时热管蒸发段与冷凝段分离的特殊结构，使得汽水混合物对管路的冲击很难传递到蒸发段，大大提高了接收器的可靠性。

　　3.2 中温热管接收器热效率

　　通过能量平衡法建立抛物面槽式太阳能集热器稳态传热模型，将上节模拟试验得到的中温热管蒸发段和冷凝段的传热系数代人模型中，可算得中温热管接收器各部件温度分布，接收器热效率见图7、图8.由图8可以看出，中温热管接收器热效率较高，当流体平均温度与环境温度差为330℃时，热效率仍然高达0.8，验证了中温热管接收器优良的传热性能。模拟计算中取太阳辐射值为800 W/m2，系统流量为0.2 kg/s，系统压力为4 MPa，环境温度为20℃，集热器参数见表1.

　　4 结论

　　1)热管技术用于中温太阳能接收器中大大改善了吸热管周向温差，热管管内蒸汽温度为250和300 oC时，周向平均温差为lO℃左右，最大值低于13℃。蒸汽温度为350和380℃时，周向平均温差仅为3℃左右，达到了与铜钢复合管相当的效果;热管蒸发段与冷凝段分离，汽水混合物对管路的冲击很难传递到蒸发段，提高了接收器可靠性。

　　2)中温热管接收器具有较高的热效率，当流体平均温度与环境温度差为330℃时，热效率仍然高达0.8.这验证了热管技术用于中温太阳能接收器中的可靠性和优越性。