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摘 要

随着人类无止境的开发地球能源，人类所面临的资源枯竭危机不断加深，进入新世纪以来，人类已经遭遇了前所未有的生存危机。面对着 21 世纪的“能源危机”，世界各国都把开发利用太阳能作为可持续发展战略的重要内容。利用太阳能加热的系统，既可以为用户提供生活热水，又可以为住宅供暖。

由于热管本身所具有的众多特点，如均温性，热流密度可变化，热二极管特性等，使其在太阳能的应用中具有极其广泛的用于前景。

热管真空管式太阳能热水器是一种新型的太阳能热水器，也是热效率最高和最有前途的一种太阳能热水器。这种形式的热水器最重要的特点是将太阳光的集热部分安装在真空管内。玻璃管内的真空度约为1x10^-2Pa,因之可以利用真空隔热有效地减少热管蒸发段向外界的散热损失。真空管内闷晒温度可达到250℃，在-25℃的环境温度下不会被冻坏。

关键词： 太阳能 真空玻璃管 脉动热管

Design and analysis of solar collector for vacuum tube pulsating heat pipe

Abstract

With the endless development of the human resources, the human resource depletion crisis has deepened, and mankind has experienced unprecedented crisis of survival since entering the new century.. In the face of the energy crisis in 21 Century, the world countries take the development of solar energy as the important content of the sustainable development strategy.The use of solar heating system, both for the user to provide hot water, but also for residential heating.

Due to the heat pipe itself has many features, such as the temperature, heat flux density can be changes in heat diode characteristics and make it in the application of solar energy is extremely widely used in foreground.

Heat pipe vacuum tubular solar water heater is a new type of solar water heater, and is also the most hot efficiency and the most promising solar water heater. The most important feature of this type of water heater is that the collector of the solar collector is installed in the vacuum tube.The vacuum degree of the glass tube is about 1x10^-2Pa, which can be used to reduce the heat loss of the heat pipe from the evaporation section of the heat pipe.The temperature of the vacuum tube can be reached 250, and the temperature of the temperature in the vacuum tube can not be frozen.

Keywords: solar energy Vacuum glass tube pulsating heat pipe

目 录

摘 要 2

Abstract 3

第1章 绪 论 6

1.1真空管太阳能集热器 6

1.2脉动热管及其在太阳能领域的应用和发展 7

1.3太阳能集热器设计原理、结构及特性 9

1.4脉动热管及太阳能集热器在国内外的研究现状 11

1.5本课题的研究内容 12

第2章 真空管型脉动热管太阳能集热器系统的设计及分析 13

2.1. 脉动热管真空管太阳能集热器 13

2.2脉动热管真空管集热器的工作原理 14

2.3 热管真空管集热器性能特点 15

2.4 太阳能集热系统传热模型 16

2.4.1系统热平衡分析 16

2.4.2脉动热结构和基本工作参数的确定 16

2.5 系统基础设计参数的确定 17

2.5.1太阳辐射强度 17

2.5.2环境条件 17

2.5.3真空管结构尺寸参数 17

2.5.4脉动热管结构参数 18

2.5.5热管传热性能 18

2.6 真空管集热器安装 18

2.6.1集热器倾角 18

2.6.2系统安装的顺序 18

2.6.3玻璃真空集热管的安装 19

2.6.4控制系统及调试系统 19

第3章 真空管脉动热管太阳能集热器的理论计算 20

3.1 系统接收的太阳能辐射热量Qu 20

3.2真空管集热器的热损失Qs 20

3.3集热器的有效吸热量Q 及热效率 22

3.4脉动热管传热计算 22

3.5水箱中的水与热管冷凝端的传热计算 22

第4章 真空管脉动热管太阳能集热器的设计计算 24

4.1基本结构参数和测试参数 24

4.2计算结果及分析 27

总 结 28

参考文献 29

致 谢 32

第1章 绪 论

太阳能作为一种免费、清洁的能源，在住宅建筑中的利用可谓意义深远。面对着 21 世纪的“能源危机”，世界各国都把开发利用太阳能作为可持续发展战略的重要内容。利用太阳能加热的系统，既可以为用户提供生活热水，又可以为住宅供暖。随着我国经济的发展，建筑中提供生活热水已成为广大城乡居民的基本生活需求^[1]。太阳能集热系统在国内外发展现状与趋势在我国建筑能耗中，采暖能耗占很大的比例。目前我国单位 建筑面积的采暖能耗约比发达国家高2倍以上。在近10多年来，在全球能源需求量持续高速增长和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，太阳能作为清洁高效的能源，日益显露出其优越性。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛^[2]。

1.1真空管太阳能集热器

太阳能集热器是吸收太阳辐射并将产生的热能传递到传热介质的装置.在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。由于太阳能比较分散必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。由于用途不同，集热器及其匹配的系统类型分为许多种，名称也不同，如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等等。 热管真空管集热器是一种太阳能中温集热器，同时运用了真空和热管技术，具有集热品位高、工作范围宽、集热效率高以及成本低等优点^[3,4].真空管集热器就是将吸热体与透明盖层之间的空间抽成真空的太阳能集热器。用真空管集热器部件组成的热水器即为真空管热水器。

真空管按吸热体材料种类，可分为两类：一类是玻璃吸热体真空管（或称为全玻璃真空管），一类是金属吸热体真空管（或称为玻璃－金属真空管）。热管式真空管是金属吸热体真空管的一种，它由热管、吸热体、玻璃管和金属端盖等主要部件组成。

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