太阳能光热系统.pptx
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1、会计学1太阳能光热太阳能光热(un r)系统系统第一页,共163页。第三章第三章 太阳太阳(tiyng)集热器集热器第2页/共163页第二页,共163页。3.1 概述概述(i sh)第3页/共163页第三页,共163页。3.1 概述概述(i sh)第4页/共163页第四页,共163页。3.2.1 热量热量(rling)传递的基本方式传递的基本方式 热热量量(rling)(rling)传传递递基基本本方方式式:热热传传导导、热热对对流、热辐射流、热辐射3.2 太阳能热利用(lyng)中的传热学第5页/共163页第五页,共163页。热热量量传传递递(chund)(chund)基基本本方方式式:热热
2、传传导导、热热对对流、热辐射流、热辐射第6页/共163页第六页,共163页。热热量量传传递递基基本本(jbn)(jbn)方方式式:热热传传导导、热热对对流流、热辐射热辐射第7页/共163页第七页,共163页。1.1.热传导(导热热传导(导热(dor)(dor))Heat Heat conductionconductionuu 热传导的定义热传导的定义(dngy)(dngy)uu 热传导的特点热传导的特点(tdin)(tdin)可发生在任何物质的任何地点可发生在任何物质的任何地点可发生在任何物质的任何地点可发生在任何物质的任何地点 传热形式:依靠分子、原子以及自由电子等微观粒传热形式:依靠分子、
3、原子以及自由电子等微观粒传热形式:依靠分子、原子以及自由电子等微观粒传热形式:依靠分子、原子以及自由电子等微观粒 子的热运动而传递子的热运动而传递子的热运动而传递子的热运动而传递微观过程,不产生宏观位移。微观过程,不产生宏观位移。微观过程,不产生宏观位移。微观过程,不产生宏观位移。温度不同的物体各部分之间或温度不同的各物体之间温度不同的物体各部分之间或温度不同的各物体之间温度不同的物体各部分之间或温度不同的各物体之间温度不同的物体各部分之间或温度不同的各物体之间直直直直 接接触接接触接接触接接触时,依靠分子、原子或自由电子等微观粒子的热时,依靠分子、原子或自由电子等微观粒子的热时,依靠分子、原
4、子或自由电子等微观粒子的热时,依靠分子、原子或自由电子等微观粒子的热 运动而进行热量传递的现象运动而进行热量传递的现象运动而进行热量传递的现象运动而进行热量传递的现象 物体内物体内物体内物体内部存在温差,或具有温差的物体直接接触。部存在温差,或具有温差的物体直接接触。部存在温差,或具有温差的物体直接接触。部存在温差,或具有温差的物体直接接触。第8页/共163页第八页,共163页。uu 平壁一维稳态导热平壁一维稳态导热平壁一维稳态导热平壁一维稳态导热(d(d or)or)tw1tw2 :热流量,单位:热流量,单位(dnwi)(dnwi)时间传递的时间传递的热量热量WW平壁两侧平壁两侧平壁两侧平壁
5、两侧(lin c)(lin c)壁温之壁温之壁温之壁温之差差差差热导率热导率热导率热导率(导热系数导热系数导热系数导热系数)A A:垂直于导热方向的截面积:垂直于导热方向的截面积:垂直于导热方向的截面积:垂直于导热方向的截面积q q:热流密度,单位时间通过单位面积传递的热量:热流密度,单位时间通过单位面积传递的热量:热流密度,单位时间通过单位面积传递的热量:热流密度,单位时间通过单位面积传递的热量平壁的厚度平壁的厚度平壁的厚度平壁的厚度mm;第9页/共163页第九页,共163页。uu 热导率热导率热导率热导率(导热导热导热导热(dor)(dor)系数系数系数系数)(Thermal)(Therm
6、al conductivity)conductivity)单位厚度单位厚度(1m)(1m)、单位温度差(、单位温度差(1K1K)物体,在它的单位面)物体,在它的单位面 积上积上(1m2)(1m2)、每单位时间、每单位时间(shjin)(1s)(shjin)(1s)的导热量的导热量(J)(J)。导热系数表示材料导热能力(nngl)大小;由实验确定。第10页/共163页第十页,共163页。导热导热(dor)(dor)热阻:与直流电路的欧姆定律热阻:与直流电路的欧姆定律 I=U/R I=U/R 相似。相似。热流量是单位时间传递(chund)的热量;它体现了传热的速率或快慢 传热传热传热传热(chun
7、 r)(chun r)是一个过程,稳态,非是一个过程,稳态,非是一个过程,稳态,非是一个过程,稳态,非稳态;稳态;稳态;稳态;区别于热力学的平衡态区别于热力学的平衡态区别于热力学的平衡态区别于热力学的平衡态 传热学中热流量的单位是传热学中热流量的单位是传热学中热流量的单位是传热学中热流量的单位是WW,而非而非而非而非JJ;W=J/sW=J/sThermal resistance for conductionThermal resistance for conductionuu 热流量热流量热流量热流量 和导热热阻和导热热阻和导热热阻和导热热阻第11页/共163页第十一页,共163页。2.2.2
8、.2.热对流热对流热对流热对流 Heat convectionHeat convection 流流流流体体体体(lit)(lit)中中中中有有有有温温温温差差差差 热热热热对对对对流流流流必必必必然然然然同同同同时时时时伴伴伴伴随随随随着着着着热热热热传传传传导导导导 流流流流体体体体中中中中(气气气气体体体体或或或或液液液液体体体体)温温温温度度度度不不不不同同同同的的的的各各各各部部部部分分分分之之之之间间间间,由由由由于于于于(yuy)(yuy)(yuy)(yuy)发发发发生生生生宏观相对运动,而把热量由一处传递到另一处的现象宏观相对运动,而把热量由一处传递到另一处的现象宏观相对运动,而
9、把热量由一处传递到另一处的现象宏观相对运动,而把热量由一处传递到另一处的现象 uu 热对流的定义热对流的定义热对流的定义热对流的定义(dngy)(dngy)若热对流过程使具有质量流量若热对流过程使具有质量流量若热对流过程使具有质量流量若热对流过程使具有质量流量 的流体由温度的流体由温度的流体由温度的流体由温度t t1 1处流处流处流处流至温度至温度至温度至温度t t2 2处,则此过程传递的热流量为处,则此过程传递的热流量为处,则此过程传递的热流量为处,则此过程传递的热流量为:第12页/共163页第十二页,共163页。uu 对对对对流流流流(duli)(duli)(duli)(duli)换热换热
10、换热换热 流体与固体壁之间的热量流体与固体壁之间的热量流体与固体壁之间的热量流体与固体壁之间的热量(rling)(rling)交换(交换(交换(交换(Convection heat transferConvection heat transfer)对流对流(duli)(duli)换热实例:换热实例:1)1)电子器件冷却电子器件冷却 2)2)取暖器取暖器 对流换热的特点:对流换热的特点:对流换热的特点:对流换热的特点:对流换热与热对流不同,对流换热与热对流不同,对流换热与热对流不同,对流换热与热对流不同,既有热对流,也有导热既有热对流,也有导热既有热对流,也有导热既有热对流,也有导热;不是基本传
11、热方式不是基本传热方式不是基本传热方式不是基本传热方式1)1)流体与壁面直接接触,有宏观运动;有温差流体与壁面直接接触,有宏观运动;有温差流体与壁面直接接触,有宏观运动;有温差流体与壁面直接接触,有宏观运动;有温差2)2)由于流体的粘性和受壁面摩擦阻由于流体的粘性和受壁面摩擦阻由于流体的粘性和受壁面摩擦阻由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响,紧贴壁面处力的影响,紧贴壁面处力的影响,紧贴壁面处力的影响,紧贴壁面处 会形成速度梯度很大的边界层会形成速度梯度很大的边界层会形成速度梯度很大的边界层会形成速度梯度很大的边界层第13页/共163页第十三页,共163页。uu 对流换热的基本对流换热的基本对流
12、换热的基本对流换热的基本(jbn)(jbn)计计计计算式算式算式算式牛顿冷却牛顿冷却牛顿冷却牛顿冷却(lngqu)(lngqu)公式(公式(公式(公式(17011701)热流量热流量热流量热流量 ,单位时间传递的热量,单位时间传递的热量,单位时间传递的热量,单位时间传递的热量 WWq q 热流密度热流密度热流密度热流密度 换热系数换热系数换热系数换热系数A A 与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积 固体壁表面温度固体壁表面温度固体壁表面温度固体壁表面温度 流体温度流体温度流体温度流体温度第14页/共163页第十四页,共163页。当当当当流流流流体体体
13、体与与与与壁壁壁壁面面面面温温温温度度度度相相相相差差差差1 1时时时时、每每每每单单单单位位位位(dnwi)(dnwi)壁壁壁壁面面面面面面面面积上、单位积上、单位积上、单位积上、单位(dnwi)(dnwi)时间内所传递的热量时间内所传递的热量时间内所传递的热量时间内所传递的热量 影影响响 因因素素:流流速速、流流体体物物性性(w(w xn)xn)、壁壁面面形形状状大大小小等等(Convective heat transfer coefficientConvective heat transfer coefficient)uu 对流对流对流对流(duli)(duli)换热换热换热换热系数系数
14、系数系数 h h不是物性参数不是物性参数不是物性参数不是物性参数 第15页/共163页第十五页,共163页。Thermal resistance for convectionThermal resistance for convectionuu 对流对流对流对流(duli)(duli)换热热阻换热热阻换热热阻换热热阻第16页/共163页第十六页,共163页。定义:物体转化本身的热力学能向外发射定义:物体转化本身的热力学能向外发射(fsh)(fsh)辐射能的现象;凡物辐射能的现象;凡物 体都具有辐射能力体都具有辐射能力 物体的温度越高、辐射能力物体的温度越高、辐射能力(nngl)(nngl)越强
15、;若物体的种类不同、越强;若物体的种类不同、表面状表面状 况不同,其辐射能力况不同,其辐射能力(nngl)(nngl)不同不同3.3.热辐射热辐射 Thermal radiation 黑体:能全部吸收投射黑体:能全部吸收投射(tush)(tush)到其表面辐射能的物到其表面辐射能的物体体,或称绝对黑体或称绝对黑体 黑体的辐射能力与吸收能力最强黑体的辐射能力与吸收能力最强黑体的辐射能力与吸收能力最强黑体的辐射能力与吸收能力最强第17页/共163页第十七页,共163页。uu 斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律(dngl)(dngl)黑体在单位黑体在单位黑体在
16、单位黑体在单位(dnwi)(dnwi)时间内向外发出的辐射能:时间内向外发出的辐射能:时间内向外发出的辐射能:时间内向外发出的辐射能:黑体表面的绝对温度(热力学温度)黑体表面的绝对温度(热力学温度)黑体表面的绝对温度(热力学温度)黑体表面的绝对温度(热力学温度)斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼常数,或称黑体辐射常数玻尔兹曼常数,或称黑体辐射常数玻尔兹曼常数,或称黑体辐射常数玻尔兹曼常数,或称黑体辐射常数 黑体辐射表面积黑体辐射表面积黑体辐射表面积黑体辐射表面积(Stefan-Boltzmann lawStefan-Boltzmann law)一切实际物体一切实际物体一切实际物体一切实际物体(
17、wt)(wt)辐射能力都小于同温度下的黑体辐射能力都小于同温度下的黑体辐射能力都小于同温度下的黑体辐射能力都小于同温度下的黑体 实际物体表面的发射率(黑度),实际物体表面的发射率(黑度),实际物体表面的发射率(黑度),实际物体表面的发射率(黑度),0101;与物体;与物体;与物体;与物体 的种类、表面状况和温度有关的种类、表面状况和温度有关的种类、表面状况和温度有关的种类、表面状况和温度有关第18页/共163页第十八页,共163页。u 辐射辐射(fsh)换热换热 Radiation heat transfer 不需要冷热物体的直接接触;即:不需要介质的存在不需要冷热物体的直接接触;即:不需要介
18、质的存在不需要冷热物体的直接接触;即:不需要介质的存在不需要冷热物体的直接接触;即:不需要介质的存在(cnzi)(cnzi)(cnzi)(cnzi),在真空中就可以传递能量在真空中就可以传递能量在真空中就可以传递能量在真空中就可以传递能量 在辐射换热过程中伴随着能量形式在辐射换热过程中伴随着能量形式在辐射换热过程中伴随着能量形式在辐射换热过程中伴随着能量形式(xngsh)(xngsh)的转换的转换的转换的转换 物体热力学能物体热力学能物体热力学能物体热力学能电磁波能电磁波能电磁波能电磁波能物体热力学能物体热力学能物体热力学能物体热力学能 无论温度高低,物体都在不停地相互发射电磁波能、相无论温度
19、高低,物体都在不停地相互发射电磁波能、相无论温度高低,物体都在不停地相互发射电磁波能、相无论温度高低,物体都在不停地相互发射电磁波能、相 互辐射能量;高温物体辐射给低温物体的能量大于低温互辐射能量;高温物体辐射给低温物体的能量大于低温互辐射能量;高温物体辐射给低温物体的能量大于低温互辐射能量;高温物体辐射给低温物体的能量大于低温 物体辐射给高温物体的能量;总的效果是热由高温物体物体辐射给高温物体的能量;总的效果是热由高温物体物体辐射给高温物体的能量;总的效果是热由高温物体物体辐射给高温物体的能量;总的效果是热由高温物体 传到低温物体传到低温物体传到低温物体传到低温物体 物体间靠热辐射进行的热量
20、传递物体间靠热辐射进行的热量传递物体间靠热辐射进行的热量传递物体间靠热辐射进行的热量传递 辐射换热的特点:辐射换热的特点:辐射换热的特点:辐射换热的特点:第19页/共163页第十九页,共163页。T1T2QAuu 两平行黑平板两平行黑平板两平行黑平板两平行黑平板(pngbn)(pngbn)(pngbn)(pngbn)间的辐射换热间的辐射换热间的辐射换热间的辐射换热 对于两个相距很近的黑体表对于两个相距很近的黑体表对于两个相距很近的黑体表对于两个相距很近的黑体表面,由于一个表面发射出来的面,由于一个表面发射出来的面,由于一个表面发射出来的面,由于一个表面发射出来的能量几乎完全能量几乎完全能量几乎
21、完全能量几乎完全(wnqun)(wnqun)(wnqun)(wnqun)落到落到落到落到另一个表面上,那么它们之间另一个表面上,那么它们之间另一个表面上,那么它们之间另一个表面上,那么它们之间的辐射换热量为:的辐射换热量为:的辐射换热量为:的辐射换热量为:当当当当T1=T2T1=T2时,也就是物体和周围环境处于热平衡,辐射换时,也就是物体和周围环境处于热平衡,辐射换时,也就是物体和周围环境处于热平衡,辐射换时,也就是物体和周围环境处于热平衡,辐射换热量等于零。但此时是动态平衡,辐射和吸收仍在不断进行热量等于零。但此时是动态平衡,辐射和吸收仍在不断进行热量等于零。但此时是动态平衡,辐射和吸收仍在
22、不断进行热量等于零。但此时是动态平衡,辐射和吸收仍在不断进行(jnxng)(jnxng)。此时物体的温度保持不变。此时物体的温度保持不变。此时物体的温度保持不变。此时物体的温度保持不变。第20页/共163页第二十页,共163页。3.2.2 太阳辐射的吸收、反太阳辐射的吸收、反射射(fnsh)和透射和透射n n太阳透射在物体上时,发生吸收(xshu)、反射和透射,据能量守恒,有太阳太阳(tiyng)(tiyng)吸吸收比收比反射比反射比透射比透射比第21页/共163页第二十一页,共163页。四种反射四种反射(fnsh)表面表面n n1.镜反射(fnsh)表面n n2.漫反射(fnsh)表面n n
23、3.镜-漫反射(fnsh)表面n n4.混合型反射(fnsh)表面第22页/共163页第二十二页,共163页。n n问题:冬天问题:冬天(dngtin)、夏天,屋内都开空、夏天,屋内都开空调(假设都是调(假设都是20),屋内温度一样,但穿),屋内温度一样,但穿衣不一样。为什么?衣不一样。为什么?第23页/共163页第二十三页,共163页。3.3 太阳(tiyng)集热器分类第24页/共163页第二十四页,共163页。3.3 太阳(tiyng)集热器分类第25页/共163页第二十五页,共163页。3.3 太阳(tiyng)集热器分类第26页/共163页第二十六页,共163页。3.3 太阳(tiy
24、ng)集热器分类第27页/共163页第二十七页,共163页。3.3 太阳(tiyng)集热器分类第28页/共163页第二十八页,共163页。3.4 平板平板(pngbn)太阳能集热器太阳能集热器第29页/共163页第二十九页,共163页。第30页/共163页第三十页,共163页。第31页/共163页第三十一页,共163页。第32页/共163页第三十二页,共163页。第33页/共163页第三十三页,共163页。第34页/共163页第三十四页,共163页。3.4.1 平板集热器基本(jbn)结构1.结构图第35页/共163页第三十五页,共163页。3.4.1 平板集热器基本(jbn)结构第36页/
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