集中供热热管太阳能集热系统.pdf

太阳能学报
第!*卷第?期W;BX!*，T;X?
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文章编号：!"#$#!!%（&"!!"）!&#!’"##!’
集中供热热管太阳能集热系统

雷玉成，陈希章，杨继昌

（江苏大学材料学院，镇江!$!"$*）

摘要：在原有平板集热器的基础上研制了一种与建筑结合的太阳能集中供热热管系统，并对重力热管的传热机理进行
了分析，提出正常工况下该热管的集总参数模型，给出了热管的倾角范围。文中给出了该集热系统的理论预测和实验结
果对比。热管太阳能集热器的理论模型以+,--./和&/01234理论（$%5"）为基础，修改后用于能量传输。该文还给出了
该集热器和传统的太阳能集热器的对比试验结果。热管太阳能集热器的瞬时效率在早上低于传统的太阳能集热器的，
而当热管达到工作温度时，前者高于后者。
关键词：太阳能；热管；集中供热
中图分类号：67($(文献标识码：8

热管集热系统，建立了热管和集热系统的性能分析
引言
!模型，并进行了实验验证。
从9:;</:和=:.01>;（4$%?@）发明最初的热管以
来，在过去的*"多年里热管的设计和应用得到了快
［］
速的发展。A;B-和&./4/:C$在$%D?年介绍了热管
在太阳能集热器中的应用。他们把热管的蒸发段插
入太阳能集热器中，但结果并不令人满意。$%DD年
［］
E32>/F!等在热管和带有选择性涂层的太阳能集
热器温度为*""G的情况下得到("H的效率，取得
图$热管集热系统图
较好的结果。［*］在年研究了热管抛物
I343:J.$%5%O.MP$)/3CQ.Q/0;BB/0C;:>F>C/2
线型太阳能集热器并获得了("H的效率。K>23.B和
［，］
8L;MJ/:3（N$%%$，$%%!）@(发表了关于热管太阳能
集热器的部分结果。近年来也有相关报道［?］。热
管在太阳能集热器应用中受到欢迎原因在于其热二
级管的特性。热仅在一个方向传递，一旦水箱的温
度高于热管冷凝段工质的温度，热管就停止工作，从
而整个系统也停止工作。所以当入射能量较低时，
降低了来自热水的热损失。这防止了太阳能集热器

的反向回流。热管的另一优点是它潜在形式的高热图!倾斜放置的6RS6结构示意图
传导能力。热管作为独立装置可在太阳能集热器中O.MP!’C:,0C,:/;->B;Q/.4M6RS6
用作能量收集热传导元件。家用热管集热器冷凝段热管模型
插在储水箱中，水箱和集热器之间不需泵或其它装(
置。如果热管工质是低凝固点的，集热器就不会冻太阳能集热用的热管通常为两相闭式热虹吸管
坏。热管集热器可以是平板或真空管设计。本系统（6RS6），也叫重力热管（图!）。这种热管往往倾斜
［］
的研究曾经报道过D（图$）。本文作者研制了平板放置，工质在蒸发段受热变成蒸汽，在冷凝段冷凝放

收稿日期：!""!#"$#"%
基金项目：江苏省社会发展项目（&’%%$"(）；镇江市社会发展基
金项目（’)!""!""%）
N5M太阳能学报56卷

热，由于重力作用工作液自动回到蒸发段。与普通
热管相比，!"#!热阻小，热响应快，成本低，且没有
毛细极限和沸腾极限的传热限制。
［］
!"#!蒸发段有下述特征$：!液态池中稳态
单相自然对流及液面蒸发；"小直径管同低压状况
下非稳态沸腾；#两相自然对流，在加热区低端气泡
成核，在加热表面的主要部位气泡受到抑制；$大热
流量或高压下的核态沸腾；%若超过“烧毁”临界极
限则形成膜态沸腾；&一旦淹没现象造成“干涸”，则
管内只发生单相蒸汽自然对流。但其中只有特征
图6热阻网络及其简化
、具有实用价值，工况只发生在极低的热流情
#$!?<@-6!;)/A:*/)(<(+:B=):B0<+((<AC*<D<)0D<@’/)
况，而"、%、&在实际中应尽量避免。冷凝段特征表!"#$"热阻物理意义及量级分析
［］
比较简单%，它包括滴状和涓状流动，层流流动以!:E*)3!;)/A:*/)(<(+:B=):B0<+(F:*’)(2D!"#!
及波浪形湍流流动，换热系数根据流动类型可能小热管热阻量级
热阻符号及其意义
于或大于&’(()*+理论给出的结果。GH·IJ3
蒸汽轴向热阻J8
!"#!内部传热机理很复杂，至今未得到圆满#F34
［，］#液膜轴向导热热阻7
的解决。,-./))0、1-,-1’2等人3433先后对竖直热’34
#、#蒸汽与界面之间的热阻J8
虹吸管内的一维稳定流动问题进行过试验和计算研()34
、蒸发段、冷凝段壁面热阻J8
#>)#>=34
究，主要假定：3）蒸汽和液体都是一维牛顿流体；5）（）管壁向液池的换热热阻J3
#>*K3G">*!)34
蒸汽的可压缩性可以忽略；）蒸汽和液体均处于饱（