槽式真空熱管集熱器的火用效率分析與計(jì)算模型建立
槽式真空熱管集熱器的火用效率分析
火用是以環(huán)境為基準(zhǔn)來衡量工質(zhì)（氣體、液體為主）做功能力的物理量。它通常可表示為
E = (H-H0)- T(S-S0) (5)
其中H0，S0 為環(huán)境狀態(tài)下的焓和熵，因?yàn)閷?shí)際過程都是不可逆過程，這就不可避免的造成過程中有用能的損失，分析火用參數(shù)的變化正是減少這種損失的有效途徑。
假設(shè)真空管內(nèi)管壁面溫度為T1，環(huán)境溫度為T0，集熱介質(zhì)的溫度為Tg，輸入集熱器的熱量火用Ein 為：
Ein = Qs(1- T0/T1) (6)
集熱器的輸出火用即為輸出給水升溫加熱的火用Eout：
Eout = Qu(1- T0/Tg) (7)
因此，集熱器的火用效率為
ηe = Eout/Ein= Qu(1- T0/Tg)/Qs(1- T1/T0) (8)
槽式真空熱管集熱器的性能計(jì)算模型建立
集熱器基板采用不銹鋼鏡面板加工成型，反射率ρ，采光面積Ac=2m2。真空管長L=1.5 m，內(nèi)孔直徑Dr=0.04 m，外徑De=0.058 m，選擇性吸收涂層(Al- N/Al)的吸收率αr=93%、發(fā)射率εr=6%，熱管為無氧銅管，蒸發(fā)段長Le=1.4 m、冷凝段長Le=0.1 m，管殼直徑D=0.008 m。這里選取某一特定時(shí)間段進(jìn)行分析，取周圍環(huán)境溫度ta=30℃，風(fēng)速v=5 m/s，天空的溫度t=25℃，真空管集熱器的平均集熱溫度tr=200℃。
1.計(jì)算結(jié)果與分析
由于集熱器的熱效率受其自身材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及光照條件的影響很大，為了便于分析，了解集熱器聚光比和光照對(duì)集熱效率和火用效率的影響，本文采用熱平衡法進(jìn)行計(jì)算，以準(zhǔn)確反映出各參數(shù)與效率之間的關(guān)系。
通過上述參數(shù)的代入和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的引入，可得到集熱效率與聚光比、火用效率與聚光比以及集熱效率與集熱流體（水或水蒸氣）溫差關(guān)系中光照強(qiáng)度、聚光比的影響。
通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，集熱器熱效率曲線趨勢和火用效率曲線一致，在選取相同范圍聚光比的條件下，都是先急劇增加，后趨于平緩，聚光比對(duì)其影響越來越小。可想而知，若聚光比繼續(xù)增加下去，對(duì)兩者的影響可認(rèn)為是不存在了。同時(shí)也可發(fā)現(xiàn)，相同聚光比條件下，光照強(qiáng)度越大，所對(duì)應(yīng)的集熱效率和火用效率就越高。因而，選擇合理的聚光比，發(fā)揮區(qū)域性光照資源優(yōu)勢，對(duì)于未來集熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)具有一定的指導(dǎo)意義。隨著集熱流體（水或水蒸氣）升溫溫差的增高，集熱器的集熱效率總體趨勢都在降低。相同的溫差條件下，光照強(qiáng)度或聚光比越大，曲線降低的趨勢越緩慢，越趨于平坦。因而，在獲得較高集熱溫度的同時(shí)，也會(huì)降低集熱器本身的效率。
結(jié)論
通過上述計(jì)算分析得到如下結(jié)論：
（1）在一定聚光比范圍內(nèi)，集熱器的集熱效率和火用效率都隨著聚光比的增加而增加，然后增加的幅度越來越小，最終趨于平緩；
（2） 在聚光比相對(duì)較低的情況下（100 以內(nèi)），太陽光的光照強(qiáng)度越大，集熱器的熱效率和火用效率也越大。但隨著聚光比的增加，光照強(qiáng)度對(duì)集熱效率的影響越來越小，可以發(fā)現(xiàn)，若光照強(qiáng)度繼續(xù)增加，集熱效率反而可能減小；
（3） 采用真空管- 熱管集熱器，以導(dǎo)熱介質(zhì)填充真空管內(nèi)管和熱管之間的間隙，可很大程度上降低集熱器的熱損失；
（4）熱源溫度的提高，將以犧牲整個(gè)集熱系統(tǒng)的熱效率為代價(jià)。因而，在實(shí)際應(yīng)用中，綜合考慮集熱效率和所需加熱溫升之間的關(guān)系是十分必要的。
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