基于气液两相流的循环集热晒管传热特性分析

来源：农业工程学报杂志2019年第24期北京时间：

作者：孙志林,胡秋月,涂文荣,方诗标,杨洋,

摘要：为提高太阳能集热管供热水平，研究不同流速对太阳能集热管效率的影响，解决传统集热管受光面小、热损率高等突出问题，该文设计了一种具有高效吸收光热和保温性能的循环集热晒管。循环集热晒管由真空石英直管、石英弯管和连接段组成，真空石英直管之间采用串联循环方式连接，以扩大受光面积，增加接收的太阳热能。通过微元分析法推导循环集热晒管内双流体的液相与气相的能量平衡方程，建立了循环集热晒管内两相流数学模型；对两相流模型求解区域进行离散化和迭代求解，获得不同入口质量流量下晒管内水蒸气产生的位置和质量分数；设计并开展试验以验证两相流模型，分析单相流、两相流条件下循环集热晒管的热性能。研究表明：在入口质量流量4.42 kg/h条件下，循环集热晒管内流体达到饱和温度，开始汽化；晒管内流体温度与入口质量流量呈反相关，最高温度可达120 ℃，而晒管集热效率与入口质量流量呈正相关，最高集热效率可达0.87。综合考虑流体温度和集热效率，最优入口质量流量为4.15 kg/h；两相流模型（压力为0.1 MB）得到的晒管集热效率理论曲线与试验测定曲线基本相符，误差在±2%以内。该文成果是真空管内两相流动分析的有益补充，为南疆盐碱水淡化的工程应用提供参考。

关键词：太阳能, 传热, 真空管, 气液两相流, 数学模型, 迭代求解