太陽能熱水系統(tǒng)是太陽能熱利用行業(yè)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛、效益最顯著的實用技術(shù)產(chǎn)品。常用的平板太陽能集熱器具有承壓能力強、結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、與建筑物結(jié)合良好的獨特優(yōu)勢,具有廣闊的發(fā)展前景。 隨著全球的氣候多變,在溫?zé)釒У貐^(qū)也常會發(fā)生極端天氣。由于一般的平板型太陽能集熱器不具有抗凍功能,一遇極端低溫天氣,就可能凍壞。而太陽能吸熱板芯是平板型太陽能集熱器的核心部件,對它進行研究是非常必要的。 在綜合對比了各種抗凍方法后,認(rèn)為利用平板型集熱器的管型結(jié)構(gòu)能較好地解決平板集熱器凍結(jié)問題。其具有結(jié)構(gòu)簡單、受力較好、性價比高等特點。 凍結(jié)試驗發(fā)現(xiàn),管子在完全凍結(jié)時會發(fā)生脹裂,且主要是由周向應(yīng)力造成的。針對圓管內(nèi)水完全結(jié)冰時的情況,并通過一定的假設(shè),推導(dǎo)出管子內(nèi)水結(jié)冰的膨脹力計算公式,可用于圓管內(nèi)水完全結(jié)冰時脹力的計算,其算式如下： ANSYS分析結(jié)果與計算結(jié)果相符。 對橢圓管、扁管、菱形管和8字管的截面結(jié)冰順序進行了ANSYS分析,得出了管內(nèi)水結(jié)冰在徑向上沿管壁到中心的順序凍結(jié)特征。根據(jù)凍結(jié)特征,在管型及材料研究中把結(jié)冰力模擬為內(nèi)壓,簡化了分析過程。 對目前常用的平板型集熱器流道材料0Cr18Ni9、T2、5A05制造的異型管承壓能力和變形能力進行了分析比較,得出最佳異型管制作材料為5A05。 對橢圓管、扁管、菱形管和8字管不同管型進行了承壓能力和彈塑性變形能力的ANSYS分析,得出各種管型的最佳形狀,并分別對其進行了凍結(jié)模擬。結(jié)果表明,橢圓管具有較好的承壓和受壓變形的能力。在此基礎(chǔ)上進一步分析了厚度對抗凍能力的影響。結(jié)合以上結(jié)果,找出了平板型太陽能集熱器異型管的較優(yōu)抗凍結(jié)構(gòu)、材料及厚度。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TK513
【部分圖文】：

1.2平板型太陽集熱器簡介平板太陽能集熱器是一種吸收太陽輻射能量并向工質(zhì)傳遞熱量的裝置，它是一種特殊的熱交換器，集熱器中的工質(zhì)與遠距離的太陽進行熱交換。平板型太陽能集熱器是太陽能集熱器中的一種類型。是由吸熱板芯、殼體、透明蓋板、保溫材料及有關(guān)零部件組成。在加接循環(huán)管道，保溫水箱后，就能吸收太陽輻射熱，使水溫升高。1.2.1平板型集熱器的基本結(jié)構(gòu)平板型集熱器是太陽能低溫?zé)崂玫幕静考惨恢笔鞘澜缣柲苁袌龅闹鲗?dǎo)產(chǎn)品。平板型集熱器已廣泛應(yīng)用于生活用水加熱、游泳池加熱、工業(yè)用水加熱、建筑物采暖與空調(diào)等諸多領(lǐng)域。用平板型太陽能集熱器部件組成的熱水器即平板太陽熱水器。平板型集熱器主要由吸熱板、透明蓋板、隔熱層和外殼等幾部份組成，如圖4一1所示。太陽輻射

成流體通道的部件;集管是指吸熱板上下兩端橫向連接若干根排管并構(gòu)成流體通道的部件。吸熱板的材料種類很多，有銅、鋁合金、銅鋁復(fù)合、不銹鋼、鍍鋅鋼、塑料、橡膠等。吸熱板有如下主要結(jié)構(gòu)形式(如圖1一2)。(a)管板式(b)冀管式 lll111乍乍 乍屯屯 屯 ))))) (((((一一夕夕 lllll人人 人 }}}lll(c)扁盒式(d)蛇管式圖1一2吸熱板結(jié)構(gòu)形勢示意圖a.管板式。管板式吸熱板是將排管與平板以一定的結(jié)合方式連接構(gòu)成吸熱條帶(如圖1一Za)，然后再與上下集管焊接成吸熱板。這是目前國內(nèi)外使用比較普遍的吸熱板結(jié)構(gòu)類型。近年來，全銅吸熱板正在我國逐步興起，它是將銅管和銅板通過高頻焊接或超聲焊接工藝而連接在一起。全銅吸熱板具有銅鋁復(fù)合太陽條的所有優(yōu)點:熱效率高，無結(jié)合熱阻;水質(zhì)清潔，銅管不會被腐蝕;保證質(zhì)量，整個生產(chǎn)過程實現(xiàn)機械化;耐壓能力強，銅管可以承受較高的壓力。b.翼管式。翼管式吸熱板是利用模子擠壓拉伸工藝制成金屬管兩側(cè)連有翼片的吸

2.1.2試驗結(jié)果分析將完全凍結(jié)的管子取出后，我們發(fā)現(xiàn)管子沿軸向出現(xiàn)了一條近似直線的裂紋(如圖2一2)。由此可以推斷，當(dāng)管內(nèi)水結(jié)冰膨脹后，將產(chǎn)生足以使管子破裂的巨大的力;其次，致使管子破壞的力的應(yīng)力為周向應(yīng)力。所以我們在計算時，將主要計算管子的周向應(yīng)力。
【參考文獻】

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