优化翅片几何与低成本选择性涂层协同提升太阳能蒸馏器热效能的实验研究

为解决太阳能蒸馏系统热效率低、成本高的问题，研究人员通过设计新型翅片几何结构（半球形、梯形及带圆角梯形）并测试四种常见黑色涂层（喷漆、油性漆、黑板漆、指甲油），发现油性漆涂层结合半球形翅片可使吸收板最高温度达68.10°C，形状因子达0.9，显著提升热保留性能。该研究为低成本农村应用提供了高效解决方案，发表于《Desalination and Water Treatment》。

　　

全球淡水短缺问题日益严峻，太阳能蒸馏技术因其环保特性成为解决偏远地区饮用水需求的重要途径。然而，传统太阳能蒸馏器存在热效率低、制造成本高等瓶颈，制约其大规模应用。吸收板作为核心部件，其热性能直接决定系统效率。目前，纳米材料、相变材料(PCM)等增强技术虽有效但成本高昂，而传统平面吸收板与普通黑漆涂层的热吸收能力有限。如何通过结构优化与低成本材料提升性能，成为研究焦点。

针对这一挑战，国内某研究机构的研究人员开展了一项创新性实验，通过计算机辅助设计(CAD)和立式加工中心(VMC)技术，首次制备了三种新型翅片结构——半球形、梯形及带圆角梯形翅片，并系统比较了四种市售黑色涂层的热性能。研究成果发表于《Desalination and Water Treatment》，揭示了翅片几何与涂层的协同增效机制。

研究采用了两阶段实验设计：首先通过VMC加工铝制吸收板（Grade 6061）制造三种翅片结构，表面面积分别为半球形12,281.65 mm²、梯形13,029.16 mm²和带圆角梯形12,395.75 mm²；随后在封闭玻璃系统中测试了油性漆、喷漆、黑板漆和指甲油涂层的热性能。关键技术包括：1) CAD建模优化翅片几何参数；2) VMC精密加工替代传统冲压焊接工艺；3) 红外测温与形状因子分析评估热损失。

关键结果

1. 涂层性能比较：油性漆以65.07°C的平均温度表现最佳，其高吸收率与低发射率特性显著优于喷漆(63.95°C)和指甲油(58.87°C)。
2. 翅片几何效应：半球形翅片凭借0.9的形状因子和6,283.18 mm²的翅片面积，实现最高平均温度68.10°C，辐射热损失仅0.709 W。
3. 表面面积平衡：梯形翅片虽具有最大表面积(13,013.16 mm²)，但过大的暴露面积导致热损失增加，验证了翅片设计中面积与形状因子的权衡关系。

结论与意义
该研究首次证实半球形翅片与油性漆的组合可提升太阳能蒸馏器热效率，其创新性体现在：1) 通过VMC加工实现复杂几何的低成本制造，避免传统冲压模具的高成本；2) 油性漆的吸热性能接近高价选择性涂层(如Co-Ni-Fe金属氧化物)，成本仅为其1/100；3) 形状因子理论为翅片设计提供新指标。未来可结合相变材料(PCM)或光伏热(PVT)系统进一步优化，这项成果为发展中国家推广低成本净水技术提供了切实可行的方案。