1 引言

目前,中国是世界上最大的太阳能集热器生产国和使用国,众多生产企业和科研机构非常重视技术研究,但是研究力量主要集中在产品结构、参数的完善,例如：吸热涂层、盖板材料或结构、吸热板与盖板之间的换热等,而对于外部因素的影响较少涉及,但是在实际使用过程中,由于集热器长期置于户外,风速、环境温度、辐照度等环境因素的影响必然存在.该方面的研究较少,不利于集热器长期安全可靠运行.

太阳能集热器分为真空管型和平板型两大类,据初步调研,平板型集热器受大气环境影响较大,本文以平板型太阳能集热器为研究对象,利用Matlab模拟分析大气风速、环境温度、太阳辐照度分别对集热性能的影响.

2 平板型集热器结构分析

平板型太阳能集热器一般由吸热板、透明盖板、保温层和外壳四部分组成[1].吸热板是吸收太阳辐射能并向传热工质传递热量的部件,为使集热器最大限度地吸收太阳辐射能,在吸热板表面覆有选择性吸收涂层；为保护吸热板,在平板型集热器的上表面覆盖透明盖板；保温层是集热器中抑制吸热板通过传导向周围环境散热的部件；外壳是集热器中保护及固定吸热板、透明盖板和保温层的部件,具有一定的刚度和强度,有较好的密封性及耐腐蚀性.

3 热量平衡关系及瞬时效率模型建立

3.1 热量平衡数学模型

太阳能平板集热器通过集热板吸收太阳辐射能,绝大部分热能用来加热传热工质,此外还有小部分热能通过对流和辐射的方式散失到周围环境中,即：集热器实际获得的能量等于同一时段内入射在集热器上的辐照量减去集热器对周围环境散失的能量,故其热平衡方程如下[2]

QU= QA-QL=AaI(τα)e-

AaUL(TP-Ta)

(1)

式(1)中,QU为集热器实际获得的能量；QA为入射在集热器有效太阳辐照量；QL为集热器散失热量；Aa为集热采光面积,(m2)；I为太阳辐照度,(W/m2)；(τα)e为透明盖板透射比与吸热板吸收比的有效乘积；UL为集热器总热损系数,(W/(m2·gK))；TP为吸热板温度(K)；Ta为环境温度(K).

腹腔镜输尿管切开联合输尿管软镜手术治疗单侧肾输尿管结石安全可行，疗效确切，手术创伤较小，术后恢复快，结石的清除率高，不良反应少，具有临床推广价值。由于病例 数少，后其在增加病例的基础上，与经皮肾镜手术、单纯输尿管软镜手术进行比较研究，将进一步证实其在肾输尿管结石治疗中的应用价值。

其中

(2)

(3)

(1+0.058N)

(4)

hw=5.7+3.8v

(5)

(6)

关于太阳能集热器传热过程中的数值分析方法有多种,但其基本思想是一致的,都是把原物理模型空间坐标和时间坐标连续的物理场用有限个离散化的时空节点值近似代替,建立每一个节点的代数方程组,通过给定初值条件和边界条件对所建立的方程组求解,最后求出所述问题的近似解[4].

式(1)中,集热器总热损失是由顶部散热损失、底部散热损失和侧面散热损失三部分组成,如式(2)所示,各参数计算模型如下

虽然Wine-Searcher不卖酒，办公室里也没有酒款样品。但每个周五的下午，他们还是会为全体员工组织品鉴活动，一般每次会品尝3款葡萄酒，活动由Wine-Searcher的跨国葡萄酒专家团队轮流举办，由于每个人喜欢的葡萄酒不同，所以这些酒也来自世界各地。此外，他们也有盲品小组，每个月都会在下班后聚一两次，来检验每个人的盲品水平，同时帮助其他人为WSET考试做准备。

3.2 瞬时效率模型

不难看出,辐照度增大引起分子的增大量小于分母的增大量,因此在其他参数一定的条件下,瞬时效率随辐照度的增加反而降低.由此可以看出,衡量集热器热性能的优劣不能仅仅依赖于瞬时效率的高低,需要综合评价.

(7)

以石油醚为溶剂,分别配制0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 g/mL浓度的复方精油标准溶液,利用密度仪测定密度值,以溶液密度为横坐标X,质量浓度为纵坐标Y进行线性回归,计算出标准曲线方程Y=-2.485+3.716X (R2 =0.998,n=4)。

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

其中,FR为集热器热转移因子；F为翅片效率；hf,i为上升管内流体和管壁间的对流换热系数；Wwater为上升管水流速(m/s)；tf为平均水温(℃)；ti为入口水温(℃)；to为出口水温(℃).

4 平板集热器的模拟分析

其中,Ut为顶部散热系数；Ub为底部散热系数；Ue为侧面散热系数；Ab为集热器底部面积(m2)；Ae为集热器侧面面积(m2)；N为透明盖板层数,(取1)；εP为吸热板发射率；εg为透明盖板发射率；hw为空气与盖板间对流换热系数(W/m2·K)；v为环境风速(m/s)；σ为黑体辐射常数(一般5.67×10-8W/m2·K4)；λ2为隔热层材料导热系数；δ2为隔热层厚度(m)；δc为盖板厚度(mm)；

太阳辐照度对平板型集热器的影响,由表3分析数据和图3曲线可以看出,环境风速与环境温度一定的前提下,随着太阳辐照度的增大集热器获得的热量增加,进而输出有用能QU也增大,瞬时效率η则呈下降趋势,辐照度对集热器输出有用能QU的影响较大,对瞬时效率η的影响较小.根据瞬时效率的原理公式

表1 物性参数列表

续表

名称参数排管内径Di10mm翅片宽度0.135m焊缝高度r0.3mm翅片导热系数λ398W/(m·k)结合处焊料导热系数λb398W/(m·k)涂层吸收比α0.9盖板厚度δc4mm吸热板发射比εp0.1盖板透过率τ0.89透明盖板发射率εg0.89隔热层导热系数λ20.043W/(m·k)黑体辐射常数σ5.67×10-8W/(m2·k4)隔热层厚度δ20.025m排管中心距W90mm集热板与盖板间空气夹层厚度30mm排管外径D12mm焊缝宽度b2.5mm

4.1 环境风速对集热性能的影响分析

环境风速对集热性能的影响,由表2分析数据和图1图2曲线可以看出,环境风速一般在10 m/s以内,在太阳辐照度、环境温度一定的前提下,随风速的增大集热器的热量散失增加,热损系数增大,输出有用能减少,进而造成集热器的瞬时效率降低.

表2 风速对集热性能的影响

V(m/s)UL(W/(m2·K))QU(W)η14.22651418.80.761824.35781416.10.760434.45561414.10.759444.53381412.50.758654.59771411.20.75864.64921410.10.757574.68911409.30.757184.71731408.80.756894.73391408.40.7566104.73911408.30.7565

图1 环境风速对热损系数、输出有用能的影响

图2 环境风速对瞬时效率的影响

4.2 太阳辐照度对集热性能的影响分析

对平板型集热器的热平衡方程进行离散化,并在Matlab中编制相应程序,通过数值计算就可以得出数学模型中每一部分的平均温度和瞬时热效率.模拟分析时,以循环迭代的方式确定吸热板温度TP,各部分的物性参数见表1[5].

工程上一般采用瞬时效率来评价平板型集热器的热性能,瞬时效率是指在稳态(或准稳态)条件下,集热器传热工质在规定时段内输出的能量与入射在集热器上的太阳辐照量的比值,故其计算式为[3]

省级政府立法是我国立法体系中极为重要的环节。现行法律对省级政府的立法权限没有明确列举式的限制，但省级政府的立法权是有边界的，确定其边界的向度是在立足其自身行政管理职责的前提下，需要从纵横维度去认识和处理省级政府与不同立法主体之间的立法权限及其关系，尽量避免越权、重复、冲突和失职，以确保省级政府立法的科学性和合法性。

近年来，研究发现，几种严重的药物超敏反应具有很强的遗传易感性，尤其是利用免疫应答关键分子（MHC）的主要组织相容性复合体编码基因的预测[13-15]，由于受试人群为中国人，需要特别关注中国人群过敏反应的发生率。本研究不良反应发生率为0.22%，在3695例患者中，1695例属于中度危险组。2017年4月，英国药品和医疗产品管理局已发布信息[16-17]，警示有基础性心脏病的患者使用丁溴东莨菪碱注射液有严重的不良反应发生，并已修改了产品说明书，因此应保障临床按照药品说明书的要求规范用药，关注借鉴特殊人群、特殊疾病、药物食物相互作用信息，降低发生不良反应的风险，加强不良反应监测，确保用药安全。

表3 太阳辐照度对集热性能的影响测试数据

I(W/m2)QU(W)η300364.1080.766400517.6830.763500671.2570.761600824.8310.759700978.410.75880011320.7579001285.60.75710001439.10.7565

图3 太阳辐照度对平板型集热器影响

4.3 环境温度对集热性能的影响分析

环境温度对平板型集热器的影响,设定环境温度范围5℃～40℃,对应开氏温度范围278～313 K.由表4分析数据和图4、图5曲线可以看出,在太阳辐照度与风速一定的前提下,环境温度的变化主要影响集热器的热量损失,随着环境温度的升高,集热器与环境的温差减小,热量损失减少,集热器输出的有用热能增加,进而瞬时效率η升高.

表4 环境温度对集热性能的影响

Ta(K)UL(W/(m2·K))QU(W)η2784.9313978.040.66412834.81981029.50.69512884.68341079.60.72532934.50681128.10.75462984.25231174.10.78233033.74661216.20.80743083.51250.30.82833133.81361288.40.8527

图4 环境温度对输出有用能、总热损系数的影响

图5 环境温度对瞬时效率的影响

5 结论

研究表明,环境温度与太阳辐照度对太阳能集热器热性能的影响较大,环境风速的影响较小.太阳辐照度的增加可以使集热器出口平均温度升高,输出有用能增大；环境温度的变化主要影响集热器的热量损失,环境温度升高使得热量损失减小,从而提高集热器的瞬时效率；空气风速主要影响集热器的热量损失,在一定范围内,风速越大,热量损失越大,从而导致效率降低.因此,较强的太阳辐照度或较高的环境温度或较小的风速,可以提高集热器的热效率.

该研究对于太阳能平板集热器的优化设计、参数匹配等方面提供理论支撑,对于集热器的安装、使用与维护具有指导意义,有利于推动节约型社会的建设与发展,对进一步拓宽太阳能集热器热性能研究领域具有重要推动意义.

参考文献:

[1] 罗运俊,何梓年,王长贵,等.太阳能利用技术[M].北京：化学工业出版社,2011:35-55.

[2] 卢郁.平板太阳能集热器热性能数学建模及模拟[J].济南大学学报,2013,27(3): 293-297.

[3] 高腾.平板太阳能集热器的传热分析[D].天津：天津大学机械工程学院,2011.

[4] 杨世铭,陶文铨.传热学[M].北京:高等教育出版社,2006:42-45,163-179.

[5] 王瑞平.平板型太阳能集热器效率分析[J].西安科技学院学报,2002,22(3): 362-366.

Abstract:According to the basic principles of thermal transmission, the energy balance equations and efficiency expression of flat plate solar collectors were established. The thermal performance was evaluated by means of Matlab programming for changing solar irradiation,ambient temperature and air velocity. The research shows that solar irradiation affect the collector heat gain mainly,ambient temperature and air velocity affect the heat loss mainly. With the increase of solar irradiation,the average temperature of the collector outlet rises and the useful output increases. With the increase of the ambient temperature, the heat loss of the collector decreases. This improves the instantaneous efficiency. On the contrary, with the increase of air velocity, the heat loss will be greater and the efficiency will be reduced. Therefore, with the stronger solar irradiation, higher ambient temperature or smaller air velocity, the thermal efficiency of the collector will be improved. The study has guiding significance for the use and maintenance of flat plate heat collector.

Key words:Flat plate solar collectors; Thermal property；Instantaneous efficiency; Numerical analysis