專利名稱：內(nèi)插納米流體熱管的太陽能集熱器換熱測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種內(nèi)插納米流體熱管的太陽能集熱器換熱測試裝置。
背景技術(shù)：
納米流體作為一種新型的強化傳熱工質(zhì)，主要應用于兩相流動與傳熱方面，特別是氣液兩相流動將是大幅度提高換熱效果的有效途徑。納米材料因具有小尺寸效應，其行為接近于液體分子，與傳統(tǒng)傳熱熱流體或含有微米級固體顆粒的流體相比，納米流體具有諸多優(yōu)點:(I)納米顆粒具有較大的比表面，它有望大幅度提高流體的導熱能力和熱容量，從而降低循環(huán)泵的能耗，降低成本，減輕管道和設備的磨損。(2)因納米顆粒尺度較小，其在流體介質(zhì)中得布朗運動能抵御重力引起的聚沉，從而可長時間保持穩(wěn)定懸浮。(3)由于其粒徑較小，也可以作為潤滑介質(zhì)，從而減輕管道和設備的磨損。(4)由于納米顆粒粒徑較小，還有望和熱管結(jié)合起來而發(fā)展新型微型換熱設備，特別應用在微電子和信息領(lǐng)域。納米流體的研究應用為許多高科技領(lǐng)域方面一些難題的解決提供了新的方法和思路，如:(I)利用納米流體可以使發(fā)動機在更優(yōu)化的溫度下工作，使冷卻系統(tǒng)做的更小、更輕，從而節(jié)省燃料耗量。(2)用于機械加工的工具刀冷卻，可提高工件的加工速度精度，并延長刀具的使用壽命。( 3)用于電力電子工業(yè)，散熱問題是很多器件如計算機、微電子、微電機、大型電機、變壓器、集成電路、通訊系統(tǒng)等的運行效率、速度、壽命的重要制約因素，高效納米流體冷卻技術(shù)則可發(fā)揮重要作用。(4)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的冷媒和太陽能回收中的熱媒，可以大大提聞其換熱性能，減小體積，提聞效率。(5)用于制造各種更聞效的換熱器、散熱器和熱管換熱器件等。在以礦物燃料為主體的一次性能源日益枯竭的背景下，世界各國都非常關(guān)注新能源和可再生能源的開發(fā)利用，特別是太陽能這種清潔安全、數(shù)量巨大、分布廣泛、開發(fā)利用方便、時間長久的新能源，太陽能利用的最直接形式就是太陽能集熱器。目前的太陽能集熱器主要有以下缺點:(1)在溫度較低，多云有風的天氣，無法滿足生產(chǎn)生活需要；(2)惡劣氣候的影響會導致其內(nèi)部材料的破壞，從而性能變差，系統(tǒng)不能正常運行；(3)國內(nèi)集熱器廠家所生產(chǎn)的集熱器承壓能力較低，尤其是集熱器串、并聯(lián)后，集熱器之間連接部分的橡膠密封裝置為承壓的薄弱點，很容易發(fā)生老化，不適合在強制循環(huán)中使用。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便的內(nèi)插納米流體熱管的太陽能集熱器換熱測試裝置。本實用新型解決上述的技術(shù)問題的技術(shù)方案是:其特征在于:包括真空熱管、玻璃真空管、換熱器、太陽能輻射儀、風速傳感器、環(huán)境溫度計，所述真空熱管分為蒸發(fā)段和冷凝段，所述真空熱管的蒸發(fā)段插入玻璃真空管內(nèi)，真空熱管的冷凝段與換熱器連接，由水箱給真空熱管的冷凝段不斷供給冷水，在換熱器的進口、出口處分別布置熱電偶，熱電偶、太陽能輻射儀、風速傳感器、環(huán)境溫度計的輸出端與數(shù)據(jù)記錄儀相連。[0007]進一步，所述的真空熱管內(nèi)裝有水或者納米流體等不同工質(zhì)，所述的玻璃真空管的表面覆蓋了太陽選擇性吸收涂層。進一步，所述的換熱器外表面包了一層泡沫橡塑保溫材料，并在所述保溫材料外
纏繞了一層錫箔紙。進一步，所述的冷凝段與換熱器連接處的管路上設置流量計，冷卻水從冷凝段的下部進入，上部流出，通過對流的方式將冷凝段釋放的熱量帶走。進一步，所述的數(shù)據(jù)記錄儀與熱電偶相連，熱電偶溫度巡檢儀通過通訊轉(zhuǎn)換器經(jīng)串行接口與計算機相連。本實用新型的有益效果是:(I)本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便，是一種較好的研究內(nèi)插納米流體熱管的太陽能集熱器換熱測試裝置。(2)以納米流體為工質(zhì)的玻璃真空管內(nèi)插熱管式太陽能集熱器具有較低的熱損失系數(shù)和較高的日平均效率，能高效、安全、穩(wěn)定地運行，為進一步提高太陽能集熱器換熱性能提供了新思路。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型包括真空熱管1、玻璃真空管3、換熱器5、太陽能輻射儀9、風速傳感器10、環(huán)境溫度計11，所述真空熱管I分為蒸發(fā)段2和冷凝段4，所述真空熱管I的蒸發(fā)段2插入玻璃真空管3內(nèi)，真空熱管I的冷凝段4與換熱器5連接，由水箱13給真空熱管I的冷凝段4不斷供給冷水，在換熱器5的進口 6、出口 7處分別布置熱電偶8，熱電偶
8、太陽能輻射儀9、風速傳感器10、環(huán)境溫度計11的輸出端與數(shù)據(jù)記錄儀12相連。所述的真空熱管I內(nèi)裝有水或者納米流體等不同工質(zhì)，所述的玻璃真空管3的表面覆蓋了太陽選擇性吸收涂層。所述換熱器5外表面包了一層泡沫橡塑保溫材料，并在所述保溫材料外纏繞了一層錫箔紙。所述冷凝段4與換熱器5連接處的管路上設置流量計，冷卻水從冷凝段4的下部進入，上部流出，通過對流的方式將冷凝段4釋放的熱量帶走。所述的數(shù)據(jù)記錄儀與熱電偶相連，熱電偶溫度巡檢儀通過通訊轉(zhuǎn)換器經(jīng)串行接口與計算機相連。平均熱損失系數(shù)測試實驗時，將玻璃真空集熱管及玻璃真空管內(nèi)插熱管式集熱管并排豎直放置，開口端密封，避免陽光直射和玻璃管被風直吹。玻璃真空集熱管以水為工質(zhì)時，先在玻璃管內(nèi)注入90°C以上的熱水預熱，時間在3min左右，然后重新注入90°C以上的熱水，使其自然冷卻。玻璃真空管內(nèi)插熱管式集熱管以空氣為傳熱工質(zhì)時，把管口密封，在太陽輻射下，當玻璃管內(nèi)空氣的平均溫度被加熱到85°C以上時，將玻璃管放置到21°C^ta^2 5°C的環(huán)境中，使其自然冷卻。當灌充不同工質(zhì)的兩種熱管玻璃管內(nèi)三個測溫點的平均測試溫度降到80°C時，記錄數(shù)據(jù)L,在30min后記錄t2,60min記錄t3,記錄相應的環(huán)境溫度ta1; ta2，ta3。隨著實驗的進行，環(huán)境溫度基本保持不變，在半小時內(nèi)，以水為工質(zhì)的玻璃真空集熱管內(nèi)的溫度變化不大，而以空氣為工質(zhì)的玻璃真空管內(nèi)插熱管式集熱管管內(nèi)的溫度降低速度較快。這是由于前者熱容大，而后者熱容小的緣故。經(jīng)過計算，璃真空管內(nèi)插熱管式集熱器的平均熱損失系數(shù)遠小于全玻璃真空集熱管的平均熱損失系數(shù)，這主要是由于熱管單向傳熱的特性降低了熱損失，顯示出玻璃真空內(nèi)插熱管式集熱器的優(yōu)越性。日平均效率測試實驗每天從上午8點開始測量直到下午5點結(jié)束實驗，持續(xù)9個小時；傾斜角從10°開始每隔5°測試一次，直到50°結(jié)束，對于晴天和陰天也進行對比實驗。保證兩組集熱管實驗外在氣候條件完全相同。隨著傾角的變化，兩種工質(zhì)集熱管的日平均效率曲線具有相同的變化趨勢，且以納米流體為工質(zhì)的集熱管在各個傾角下的日平均效率都要高于以水為工質(zhì)的集熱管，此外得出兩組集熱器最佳傾角在45°左右的結(jié)論。瞬時效率的測定直接受測試時間間隔長短的影響，瞬時效率在測定時，時間間隔控制在15min-60min之間。本實驗測試數(shù)據(jù)時，時間間隔取30min。隨著實驗的進行,玻璃真空管內(nèi)插熱管式集熱器無論采用哪種工質(zhì)，集熱器的瞬時效率隨時刻的變化一直波動，而且每天瞬時效率的曲線變化趨勢基本上一致，總是先減小、后增大、再減小。此外，納米流體為工質(zhì)總比以水 為工質(zhì)的玻璃內(nèi)插熱管集熱器的瞬時效率高。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)插納米流體熱管的太陽能集熱器換熱測試裝置，其特征在于:包括真空熱管(I)、玻璃真空管(3)、換熱器(5)、太陽能輻射儀(9)、風速傳感器(10)、環(huán)境溫度計(11)，所述真空熱管(I)分為蒸發(fā)段(2)和冷凝段(4)，所述真空熱管(I)的蒸發(fā)段(2)插入玻璃真空管⑶內(nèi)，真空熱管⑴的冷凝段⑷與換熱器(5)連接，由水箱給真空熱管(I)的冷凝段(4)不斷供給冷水，在換熱器(5)的進口(6)、出口(7)處分別布置熱電偶(8)，熱電偶(8)、太陽能輻射儀(9)、風速傳感器(10)、環(huán)境溫度計(11)的輸出端與數(shù)據(jù)記錄儀(12)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)插納米流體熱管的太陽能集熱器換熱測試裝置，其特征在于:所述的真空熱管(I)內(nèi)裝有水或者納米流體等不同工質(zhì)，所述的玻璃真空管(3)的表面覆蓋了太陽選擇性吸收涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)插納米流體熱管的太陽能集熱器換熱測試裝置，其特征在于:所述換熱器(5)外表面包了一層泡沫橡塑保溫材料，并在所述保溫材料外纏繞了一層錫箔紙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的內(nèi)插納米流體熱管的太陽能集熱器換熱測試裝置，其特征在于:所述冷凝段(4)與換熱器(5)連接處的管路上設置流量計，冷卻水從冷凝段(4)的下部進入，上部流出，通過對流的方式將冷凝段(4)釋放的熱量帶走。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)插納米流體熱管的太陽能集熱器換熱測試裝置，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)記錄儀(12)與熱電偶(8)相連，熱電偶溫度巡檢儀通過通訊轉(zhuǎn)換器經(jīng)串行接口與計算機相連。
專利摘要本實用新型公開了一種內(nèi)插納米流體熱管的太陽能集熱器換熱測試裝置，它包括真空熱管、玻璃真空管、換熱器、太陽能輻射儀、風速傳感器、環(huán)境溫度計，所述真空熱管分為蒸發(fā)段和冷凝段，所述真空熱管的蒸發(fā)段插入玻璃真空管內(nèi)，真空熱管的冷凝段與換熱器連接，由水箱給真空熱管的冷凝段不斷供給冷水，在換熱器的進口、出口處分別布置熱電偶，熱電偶、太陽能輻射儀、風速傳感器、環(huán)境溫度計的輸出端與數(shù)據(jù)記錄儀相連。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便，可以測試內(nèi)插納米流體熱管太陽能集熱器的換熱性能。
文檔編號G01N25/20GK203101300SQ20132004534
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者張云峰, 韓凱, 許本亮, 安建軍, 游鈞 申請人:長沙理工大學