一种具有强化传热能力的非对称波纹管式太阳能吸热器的制造方法
【专利摘要】一种具有强化传热能力的非对称波纹管式太阳能吸热器，属于太阳能利用技术领域。本发明为了解决现有管式太阳能吸热器强化传热方式在提升传热强度的同时往往伴随着流动阻力升高的弊端。本发明的非对称波纹管式太阳能吸热器，包括玻璃罩和非对称波纹管，非对称波纹管密封安装在玻璃罩内并放置吸气剂，非对称波纹管与玻璃罩之间形成真空环境，非对称波纹管内构成传热流体通道；非对称波纹管为外凸形非对称波纹管，非对称波纹管与玻璃罩同轴设置，轴心位于抛物式反射器的焦线上。本发明有效地减弱导热流体流入波纹段时的流速分离现象，抑制波纹段内漩涡的产生，从而降低流动阻力。将其用于抛物槽式太阳能吸热器具有很高的创新性和广泛的工程应用前景。
【专利说明】
-种具有强化传热能力的非对称波纹管式太阳能吸热器
技术领域
[0001] 本发明设及一种管式太阳能吸热器，具体设及一种具有强化传热能力的非对称波 纹管式太阳能吸热器，属于太阳能热利用技术领域。
【背景技术】
[0002] 由于全世界对传统能源的大量消耗，环境退化已经成为威胁人类生存的重要问 题。无污染是太阳能光热利用的显著特点。在太阳能热利用的多种方式中，抛物槽式吸热器 是最为成熟、推广度最大的方式。槽式太阳能发电系统结构紧凑，福射收集装置占地面积比 塔式和碟式系统要小30%-50%，且结构简单、易标准化、耗材少。槽式太阳能发电系统是将 多个槽型抛物面聚光吸热器经过串并联的排列，加热工质，产生高溫蒸汽，W驱动汽轮机发 电机组发电；槽式太阳能吸热器的聚光比变化范围大，可W适应各种溫度要求的系统使用。 真空吸热器是抛物槽式太阳能吸热系统的重要元件，其效率对整个系统影响很大，因此，提 高吸热管与内部流体间的传热强度具有非常明显的实用价值。目前各种强化传热方式在提 升传热强度的同时往往伴随着流动阻力升高的弊端。
【发明内容】
[0003] 在下文中给出了关于本发明的简要概述，W便提供关于本发明的某些方面的基本 理解。应当理解，运个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关 键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是W简化的形式给出某些概念， W此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0004] 鉴于此，根据本发明的一个方面，提供了一种具有强化传热能力的非对称波纹管 式太阳能吸热器，W至少解决现有管式太阳能吸热器强化传热方式在提升传热强度的同时 往往伴随着流动阻力升高的弊端。而本发明提出的非对称波纹管式太阳能吸热器，是将非 对称波纹管作为吸热管用于抛物槽式太阳能吸热系统，安装时非对称波纹管和玻璃罩同屯、 布置，轴屯、均位于抛物槽式反射器的焦线上，通过非对称波纹管的强化传热作用来提升系 统的效率。
[0005] 本发明提出的一种具有强化传热能力的非对称波纹管式太阳能吸热器，包括玻璃 罩，还包括非对称波纹管，所述非对称波纹管密封安装在玻璃罩内并放置吸气剂，非对称波 纹管与玻璃罩之间形成真空环境，非对称波纹管内构成传热流体通道;所述非对称波纹管 为外凸形非对称波纹管，非对称波纹管与玻璃罩同轴设置，轴屯、0位于抛物式反射器的焦线 上;所述非对称波纹管的大波谷半径定义为rl，小波谷半径定义为rs，波峰半径定义为R，波 深定义为H，吸热器长度定义为L，波距定义为P，玻璃罩直径定义为De，吸热管直径定义为Dm， 玻璃罩厚度定义为Se,吸热管厚度定义为Sm。
[0006] 进一步地:p/Dm=l.ll ~7.25;H/Dm=0.02 ~0.10;rl/Dm=0.4 ~1.2。
[0007] 进一步地:p/Dm=l.ll，H/Dm=0.06，rl/Dm=0.8。如此设置，非对称波纹管式太阳 能吸热器平均努塞尔数Nu达到361.45,综合传热因子Tl达到2.22。
[000引本发明所达到的效果为：
[0009] 与光管相比，目前各种强化传热方式在提升传热强度的同时往往伴随着流动阻力 的升高，而非对称波纹管由于其在来流侧的波谷半径很大，可W很有效地减弱导热流体流 入波纹段时的流速分离现象，抑制波纹段内縱满的产生，从而降低流动阻力。因此，将其用 于抛物槽式太阳能吸热器具有很高的创新性，且有广泛的工程应用前景。
[0010] 非对称波纹管式太阳能吸热器是将非对称波纹管作为吸热管用于抛物槽式太阳 能吸热系统，安装时非对称波纹管和玻璃罩同屯、布置，轴屯、均位于抛物槽式反射器的焦线 上，通过非对称波纹管的强化传热作用来提高太阳能吸热器的综合传热因子，增加总体性 能。
【附图说明】
[0011] 图1:管式太阳能吸热器结构示意图；
[0012] 图2:非对称波纹管结构简图（图中箭头表示流动方向）；
[0013] 图3:圆管和非对称波纹管式太阳能吸热器平均努塞尔数Nu随雷诺数Re变化曲线 图（p/Dm=l.ll，H/Dm=0.06，rl/Dm=0.8);
[0014] 图4:非对称波纹管式吸热器综合传热因子Tl曲线图。
【具体实施方式】
[0015] 在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见， 在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何运种实际实施 例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，W便实现开发人员的具体目标，例如，符 合与系统及业务相关的那些限制条件，并且运些限制条件可能会随着实施方式的不同而有 所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明 公开内容的本领域技术人员来说，运种开发工作仅仅是例行的任务。
[0016] 在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中 仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明 关系不大的其他细节。
[0017] 如附图巧晒2所示本发明的实施例1提供了一种具有强化传热能力的非对称波纹 管式太阳能吸热器，包括玻璃罩1，还包括非对称波纹管2,所述非对称波纹管2密封安装在 玻璃罩1内并放置吸气剂，非对称波纹管2与玻璃罩1之间形成真空环境，非对称波纹管2内 构成传热流体通道;所述非对称波纹管2为外凸形非对称波纹管，非对称波纹管2与玻璃罩1 同轴设置，轴屯、0位于抛物式反射器3的焦线上；所述非对称波纹管2的大波谷半径定义为 rl，小波谷半径定义为rs，波峰半径定义为R，波深定义为H，吸热器长度定义为L，波距定义 为P，玻璃罩直径定义为De，吸热管直径定义为Dm，玻璃罩厚度定义为Se，吸热管厚度定义为 5m。表1为非对称波纹管式太阳能吸热器参数表。
[0018] 表1非对称波纹管式太阳能吸热器参数表 「00101
[0020] 表2不同结构参数下的Nu和n Re = 67120
[0021]
[0022] 外层的玻璃罩和内部的非对称波纹管构成的双层管结构，其中，玻璃罩具有很高 的透射率;玻璃罩和非对称波纹管间采取密封措施，并放置有吸气剂，使得其内部空间形成 真空环境，可W有效减小由于对流产生的热损失;在非对称波纹管的外表面涂有选择性涂 层，其具有很强的光线吸收能力，有利于热量的收集，将高汇聚的太阳福射转化为热量传递 给吸热管;非对称波纹管内的导热工质为气体或者导热油，通过对流传热的方式获得溫度 的升高。
[0023] 非对称波纹管与导热工质相互作用的内表面具有非对称的波纹结构，可W破坏导 热工质原本的流动状态，产生扰动，从而增强管壁与流体间的对流传热；同时，波纹结构还 具有增大传热面积的作用，使导热工质与吸热管的接触更加充分。
[0024] 本发明所提出的非对称波纹管式太阳能吸热器采用在由波纹段和圆管段交替变 化组成的流体通道来(如图2所示)实现强化传热目的，其中非对称波纹管可由普通圆管作 为基管，通过液压涨型的方式挤出非对称的圆弧凸起的方式制成。安装时需将非对称波纹 管与玻璃罩同屯、布置，两者的轴线也为抛物槽式反射器的焦线。数值分析结果：由图3可W 看出，在雷诺数Re = 8580~96458的区间上，非对称波纹管的使用均会使对流传热强度有明 显的提高，其中在雷诺数Re = 52518~74506范围内升高效果最为明显，最大努塞尔数Nu为 同工况下圆管式太阳能吸热器的1.66倍；由图4可知，综合传热因子Tl可W用来评价传热性 能的增加量是否超过阻力增加所带来的累功损失，n〉l代表综合性能优于光管。可W看出在 大部分雷诺数区间上非对称波纹管式太阳能吸热器的整体性能优于圆管式吸热器，同工况 下最大综合传热因子的比值为圆管式吸热器的2.48倍。由表2可W看出，在p/Dm减小或H/Dm 增大时，Nu及n均增大;而rl/Dm的改变对Nu及n的影响不大。
[0025] 虽然本发明所掲示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方 案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不 脱离本发明所掲示的核屯、技术方案的前提下，可W在实施的形式和细节上做任何修改与变 化，但本发明所限定的保护范围，仍须W所附的权利要求书限定的范围为准。
【主权项】
1. 一种具有强化传热能力的非对称波纹管式太阳能吸热器，包括玻璃罩（1)，其特征在 于:还包括非对称波纹管（2)，所述非对称波纹管（2)密封安装在玻璃罩（1)内并放置吸气 剂，非对称波纹管(2)与玻璃罩(1)之间形成真空环境，非对称波纹管(2)内构成传热流体通 道;所述非对称波纹管（2)为外凸形非对称波纹管，非对称波纹管（2)与玻璃罩（1)同轴设 置，轴心0位于抛物式反射器(3)的焦线上;所述非对称波纹管(2)的大波谷半径定义为rl， 小波谷半径定义为rs，波峰半径定义为R，波深定义为Η，吸热器长度定义为L，波距定义为p， 玻璃罩直径定义为，吸热管直径定义为D m，玻璃罩厚度定义为，吸热管厚度定义为δη。2. 根据权利要求1所述的一种具有强化传热能力的非对称波纹管式太阳能吸热器，其 特征在于:p/Dm=l.ll~7.25;H/U=0.02~0.10;rl/Dm=0.4~1.2。3. 根据权利要求1所述的一种具有强化传热能力的非对称波纹管式太阳能吸热器，其 特征在于:p/Dm=l · 11，H/Dm=0.06，rl/Dm=0.8。
【文档编号】F24J2/46GK106016780SQ201610381614
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】王富强, 汤哲翔, 来庆志, 巩向涛, 谭建宇
【申请人】哈尔滨工业大学（威海）