随着经济的迅速发展,我国的能源消耗总量在飞速增长,能源发展面临着诸多的问题和挑战。为了解决这些问题,我国的能源结构必须做出调整,提高清洁能源的消费比重。我国很多地区太阳能资源都比较丰富,但是太阳能时间-空间不对称的问题限制了太阳能资源的进一步利用。相变储能型太阳能真空集热管结合了太阳能热利用和相变储能技术,两者完美互补,有效解决了太阳能利用过程中的时空不对称问题。本文在前人提出相变储能型太阳能真空集热管的基础上,进一步深入研究其在实际应用过程中出现的问题,主要研究内容如下:(1)对太阳辐射的基本原理和公式进行分析,给出计算太阳辐照度等参数的理论方法,并结合实验需求,对实验中采集到的太阳辐照度数据进行修正,为后续集热器效率的计算和数值模拟中热流密度的计算提供参考。同时,对比全玻璃真空集热管的传热特性,对相变储能型太阳能真空集热管进行传热分析,将实验期间真空管中相变材料的储热量作为计算集热器效率的有用能量,将修正之后的太阳辐照度平均值作为集热器效率计算公式中的计算值。另外,对相变储能原理进行了梳理,为实验当中计算相变材料的吸、放热量提供参考。同时,对数值模拟章节中需要用到的计算方法进行分析。(2)搭建实验台,对相变储能型太阳能真空集热管进行实验研究,实验包括单根真空管运行实验和相变储能型太阳能真空管串联实验,实验分为吸热和放热两个阶段。研究结果表明,单根相变储能型太阳能真空集热管实验中,晴天和多云工况下,在吸热阶段期间计算得到的集热器效率能够达到30%~45%,而阴天工况下太阳辐照度较低,石蜡的温升也较低,未能完全熔化,集热器效率只达到了6%左右。同时在吸热阶段时,由于U型铜管中水和液化后石蜡的自然对流作用,真空管中的石蜡会存在顶部石蜡温度高和底部石蜡温度低的温度分层现象。放热研究中,晴天工况下能够提供50℃的热水量达到了2.89L,40℃的热水量达到了4.44L。在相变储能型太阳能真空集热管串联运行的实验中,由于U型铜管中水的自然对流作用,各真空管中的石蜡平均温度会存在差异,离串联系统出水口近的真空管中石蜡平均温度高,离串联系统出水口远的真空管中石蜡平均温度低。真空管串联运行后,能够储存的总热量明显增多,提供的热水量和热水温度也有增加。串联系统在单日实验中能够提供60℃的热水7.64L,40℃的热水13.07L。(3)通过数值模拟的方法,对相变储能型太阳能真空集热管的一部分管段建立二维物理模型,模拟石蜡在相变过程中的温度分布和相变特性,并对不同尺寸的肋片模型进行计算,研究肋片尺寸对于石蜡相变过程的影响。模型中热流密度的确定参考了修正过后的太阳辐照度数据,并在此基础上对比实验中石蜡的温度升高情况。模拟结果显示,石蜡在温升的过程中会出现温度分层的现象,顶部石蜡温度高,底部石蜡温度低,而中间的石蜡由于有铜管壁和肋片对于传热的增强作用,温度比较均匀。石蜡在相变过程中也是顶层和铜管壁、肋片附近的石蜡率先熔化,相界面总体上呈从上向下移动的趋势。对于肋片尺寸的研究结果表明,肋片长度和厚度的增加,能够有效提高模型内石蜡的平均温度,且肋片长度越长、厚度越厚,相变过程开始的时间越晚,但是完成整个相变过程所用的时间越短。虽然肋片长度、厚度增加能够有效增强传热,但是在实际应用当中,也会降低向真空管中灌装石蜡的总量,也就降低了总的储热量。所以在使用时,需要结合实际需求进行权衡。