带平面反射板的真空集热管表面能流分布.pdf

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第29卷第2期
能源技术
Vol 29 No.2
2008年4月
ENERGY TECHNOLOGY
2008
清洁能源与新能源
N NEN
带平面反射板的真空集热管表面能流分布
叶青,阮伟,李振海
(同济大学热能工程系,上海200092)
摘要:采用几何解析的方法,对带平面反射板的真空集热管的圆周方向能流分布进行分析
根据太阳辐射睛天模型计算理论太阳辐射值,运用 Matlab编程计算得出上海地区的常规安装条
件下,在不同入射角时真空集热管的能流分布。通过结果分析可知,接收太阳能的主要时间段是
40-15:20。集热管的管间距对太阳能得热有较为明显的影响,一般1.5~2.0倍管外径较为合
适。尽管平面反射板使真空集热管的得热量增大15%~36%,但是否会增强真空集热管的换热效
果还有待通过模拟和实验进行证实。
关键词:真空集热管;能流分布;平面反射板
中图分类号:TK512文献标识码:A文章编号:1005-7439(2008)02-0083-05
The Solar Radiation Distribution on Evacuated Tube Collector
with Flat Reflector
YE Qing, RUAN Wei, Lil Zhenhai
Department of HVAC Engineering, Tongii University, Shanghai 200092, hina
Abstract The solar radiation distribution on evacuated tube collector with flat reflector is analyzed by geometric
method. According to the Clear Day model of solar radiation, the solar radiation distribution on evacuated tube is
drawn by programming of Matlab under standard condition in Shanghai Region. Based on the result of calculation
it can be concluded that it is favorable to receive solar energy from 8: 40 to15: 20. The influence of evacuated tub
gain is comparatively apparent. The suitable and economical pitch is the range from 1.5 times to 2
times outside diameter of evacuated tube. Although the solar gain of evacuated tube increases about the range from
15% to 36% with flat reflector, it should be verified whether the effect of heat exchange is enhanced by simulation
and experiment.
Keywords evacuated tube; solar radiation distribution; flat reflector
太阳能真空管内的水在温差驱动下形成自然对
在图1中,MN为反射板面向真空管的外表面,
流,真空管表面的能流分布对管内水的流场和温度圆A代表真空管内管横截面,直线OA通过圆心A
场有较大影响。因此对真空管表面能流分布即热边与MN垂直交于O点。真空管涂层上点B为辐射
界条件的研究是计算机模拟真空管换热过程的关线与圆周的交点,在极坐标上用圆周角B=∠BAI
键,是研究真空管热转化性能的前提-。
(以AI为起始边,逆时针旋转为正向)表示,取值范
1物理模型
围:0≤<2x;HB为入射光线,用H=∠HBF表
示,记h1=cosh,h2=sinh。
本文中真空管所接收的太阳辐射包括太阳直射
和来自天空的各向同性散射。计算中取真空管的长2理论分析
度方向为南北向,其截面如图1所示。计算只考虑
本文中吸热涂层表面光能的来源有以下5部分
太阳方位角的影响,并假定反射板的反射既有漫反组成:①正面照射到集热管的直射辐射;②反光板
射也有镜反射
对直射辐射的镜反射;③反光板对直射辐射的漫反
维普瓷汛hp:w. ctrip
叶青等:带平面反射板的真空集热管表面能流分布
A,漫反射率为2,P=十2
(1)反射板镜反射。由于集热管的遮挡,在不
同的太阳人射角下,反射板上可能会形成相间的光
带或没有光带。与集热管相邻的若干光带产生的镜
反射会辐射到集热管的不同圆周角范围。如图2所
示,各阶段的圆周角范围计算结果见表2。
类似于直射辐射,得到反射板镜反射辐射强度
Itmte= Ib n P cosim.(a)
式中n为反射板镜反射对真空管的入射角,是指镜
反射与真空管B点法线之间的夹角
it hicos3-h2sin
图1带有平面反射板的单根管横截面简图
2)反射板漫反射。建立如图2所示坐标系。
射;④太阳散射辐射;⑤③反光板对太阳散射辐射的
全反射。
S
2.1正面照射到集热管的直射辐射
由于相邻集热管之间的遮挡,在不同太阳入射
角下集热管所能接收的直射辐射角度也不同的,见
表1
表1集热管接收的直射辐射的范围
太阳辐射人射角集热管接收的直射辐射的圆周角范固
图2反射板上漫反射过程示意图
D
arcsin R
h
R
记:m=VIxl2+(d+R)2
D
h>arcsin B
ん≤にっ+h
AS40=are cos R +arc sin I=R
∠TAO= arc cos
R
arc sin
表中:D为集热管内管直径;R为集热管内管半径
d为集热管内管到反射板的垂直距离B为集热管中集热管表面能被反射板上x点可见的可视角β范围
心距
为
B点处法向辐射强度为
2≤B≤一。+R}1
Ibg=Ib, n coir(a)t
cosit= h1cos8+h2sinb
(1)直射辐射经过x点对集热管的漫反射辐照度
式中Iw为入射直射辐射在B点法线方向上的分
量,W/m2;为人射直射辐照度,W/m3;a为直射对于微元d有
辐射对真空管的人射角,是指阳光入射线与真空管
B点法线之间的夹角:(o)为直射辐射对真空管的dau=(m),1u的(x)? cos, Lrdbcos
入射角为i时真空管的(でa)值
具体计算时,法向透过率てn=0.91,法向吸收式中:a=∠ZxB,2=∠WBx;2为反射板上作用
率a=0.92。当i<0.25x时,光线进人内管可以光带的宽度;为圆周上圆周角为B的点相对z的
近似作直射处理;当0.25x≤i≤0.5π时,吸收率乘
可见性判别函数,即如果β满足条件(3),=1;
以减弱系数0.9,即a1=0.9an。
x)