泵辅助板式蒸发器环路热管系统性能的实验研究

摘要

太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的清洁能源，被认为在未来可以替代传统的化石能源，具有较好的发展前景，而太阳能热水器作为目前使用最为广泛也最具代表性的太阳能利用方式之一，在我国具有广大的市场。但是，传统太阳能热水器具有与高层住宅建筑结合差、系统易出现故障、对安装位置要求高等问题，影响了太阳能热水器行业的发展。 本文以多孔泡沫金属铜作为毛细芯，无水乙醇作为工质，设计研制出一套泵辅助板式蒸发器环路热管系统，并搭建了实验台。在环路热管系统中引入微型辅助泵，旨在克服环路热管系统在低热流密度（如太阳能辐射弱）下无法启动的缺点。将此泵辅助板式蒸发器环路热管应用于太阳能热水器系统，平板式蒸发器作为太阳能集热器，可直接悬挂于室外墙壁，很大程度上降低了太阳能热水器系统对安装位置的要求，可与高层住宅建筑一体化。 本中在研究泵辅助系统热流密度、充灌率及泵功强度对系统运行及传热性能影响的基础上，重点对泵辅助系统与无泵辅助系统启动特性及稳定运行特性进行了比较研究。主要研究结果如下： （1）当热流密度较低时，泵辅助系统的启动时间较长且稳定运行时蒸发器温度较低，而当热流密度较高时，系统的启动较为迅速而且稳定运行时蒸发器温度较高。 （2）当系统充灌率为55％时，无论热流密度是较低或是较高的情况，系统稳定运行时热阻及热效率均达到相对较优的状态，即热阻低、热效率高，因此，55％为此泵辅助板式蒸发器环路热管系统的最优充灌率。 （3）本实验系统稳定运行时蒸发器温度会随泵功强度的升高而降低。系统在0.125W/cm2-0.5W/cm2的热流密度范围内，20W/m2为系统的最优泵功强度值；系统在0.625W/cm2及0.75W/cm2热流密度情况下，17.5W/m2为系统的最优泵功强度值；系统在0.875W/cm2-1.25W/cm2的热流密度范围内，泵功强度在17.5W/m2-20W/m2范围时，系统运行均保持较优的状态。 （4）无泵辅助系统需蒸发器内产生气态工质后才开始运行并进行换热，而泵辅助系统一经启动就开始运行并进行热量交换，且系统可以不受热流密度影响而运行，泵辅助系统整体热效率高于无泵系统，在热流密度较低的情况下，泵辅助系统更具优越性。当热流密度为0.25W/cm2时，泵辅助系统较无泵辅助系统热效率高22.1％，而当热流密度为1.25W/cm2时，泵辅助系统仅比无泵辅助系统高2.7％。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 太阳能热水器发展现状

1.3 环路热管系统介绍

1.4 国内外研究现状

1.4.1 环路热管研究现状

1.4.2 泵辅助环路热管研究现状

1.5 主要研究内容

2 实验原理及装置设计

2.1 实验原理及装置

2.1.1 泵辅助板式蒸发器太阳能环路热管热水器系统原理

2.1.2 泵辅助板式蒸发器环路热管实验装置

2.1.3 实验装置压降分析

2.2 主要设备及部件设计

2.2.1 蒸发器设计

2.2.2 冷凝器及管路设计

2.2.3 加热装置设计

2.2.4 抽真空装置及充灌工质装置设计

2.3 其他部件的选用

2.3.1 毛细芯的选用

2.3.2 工质的选用

2.3.3 辅助泵的选用

2.4 实验数据采集及处理

2.4.1 数据采集及测点布置

2.4.2 实验步骤

2.4.3 实验数据处理

2.4.4 误差分析

2.5 小结

3 泵辅助系统热流密度及充灌率对性能的影响

3.1 热流密度对系统性能的影响

3.1.1 热流密度对系统启动特性的影响

3.1.2 热流密度对系统稳定运行时蒸发器温度的影响

3.2 充灌率对系统性能的影响

3.2.1 低热流密度下充灌率对系统稳定运行时热阻及热效率的影响

3.2.2 高热流密度下充灌率对系统稳定运行时热阻及热效率的影响

3.3 小结

4 不同泵功强度对系统性能的影响

4.1 泵功强度对系统稳定运行时工质状态的影响

4.2 泵功强度对系统稳定运行时热效率的影响

4.3 泵功强度对系统稳定运行时蒸发器温度的影响

4.4 小结

5 有/无泵辅助板式蒸发器环路热管系统性能的比较

5.1 有/无泵辅助环路热管系统启动特性对比

5.2 有/无泵辅助环路热管系统稳定运行时热效率对比

5.3 小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果

致谢