日光温室用双管多曲面槽式空气集热器结构优化及其热性能研究
发布时间：2021-06-13 00:45
日光温室作为我国设施农业的重要组成部分,为我国的农业种植产业带来巨大的经济效益,它有效的解决了我国北方地区冬季反季节蔬菜种植的问题。但是日光温室普遍采用被动集热蓄热方式向室内供热,一旦遇到复杂天气,日光温室对热环境的调控能力就会遭到限制,因此将太阳能集热供热技术引入日光温室中以满足冬季温室作物对热环境的需求。然而目前对日光温室太阳能主动集热蓄热技术的研究还不够深入,尤其是针对我国西北地区气候特点所开发适用于日光温室的高性能太阳能集热器缺乏系统性。为此,本文采用数值模拟分析和现场实验的方法,对日光温室用双管多曲面槽式空气集热器结构优化及其热性能展开一系列的研究,主要研究内容及结果具体如下。首先,基于双管多曲面槽式空气集热器的结构特点,分析其聚光特性,并以光线汇聚率为评价指标,利用光学软件TracePro模拟分析不同太阳入射角和不同结构参数对集热器聚光效率的影响。结果表明,集热器的聚光效率会随着太阳入射角的增大而减小,当太阳入射角大于7°时,光线汇聚率不足50%。集热器的各个结构参数也会影响聚光效率,太阳入射角小于7°时,当进光口宽度为570mm670mm,总高度为5...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2.1双管多曲面槽式空气集热器结构
兰州交通大学工程硕士学位论文-11-裂等情况，又因为结构简单、占地面积小，可以放置在西北地区日光温室较厚的北墙顶上，运行方便且安全。2.1.2聚光原理双管多曲面槽式空气集热器的聚光反射器是由两组对称复合抛物面反射镜aceo和bdfo构成，左右两边一次抛物面反射镜分别由抛物线ao2与抛物线bo1经过旋转和平移得到的，P2和P1分别为这两个抛物线的焦点，Wj是聚光器的进光口ab的宽度；垂直与x轴的线段ce和df经过平移得到二次反射平面镜，其高度为h，Wc是聚光器的出光口cd的宽度；槽底聚光镜是由抛物线eof旋转平移得到的，其焦点P也是抛物线ao2与抛物线bo1的交点；集热器的总高为H，如图2.2所示，此集热器的聚光原理：太阳光线N透过集热器玻璃盖板，一部分N1会直接照射在两根玻璃管接收器上，一部分N2会经过一次抛物面反射镜ac和bd聚焦到玻璃管接收器上，另一部分N3依此通过一次反射镜、二次反射镜以及槽底聚光器等多次反射聚焦到玻璃管接收器上，最后还有直接到槽底聚光器的一小部分N4。所以进入集热器聚光器的太阳光线总数N就是N1、N2、N3、N4以及没有聚焦到玻璃管接收器上逃离的光线数Ns之和。图2.2双管多曲面槽式空气集热器聚光原理为了提高双管多曲面槽式空气集热器的聚光效率，本文对其聚光器结构参数进行优化分析，因此建立了多曲面槽式聚光器的剖面几何结构图，如图2.2所示。建立直角坐标系oxy，抛物线ao2与抛物线bo1的方程分别为公式(2.1)与公式(2.2)，槽底弧线eof的抛物线方程式表示为公式(2.3)；
兰州交通大学工程硕士学位论文-13-的天数；式中为太阳高度角；φ为地理纬度，兰州为北纬36°03′；ω为时角15°。图2.3太阳高度角与集热器倾斜角而太阳入射角随太阳高度角的变化而变化，不同时刻的太阳入射角等于正午时刻的太阳高度角减去当时的太阳高度角。计算兰州地区冬至日与夏至日白天内太阳高度角以及太阳入射角在不同时刻的值，列于表2.1。表2.1兰州地区不同时刻太阳入射角和高度角时刻9:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00冬至日太阳高度角(°)8172429312924178太阳入射角(°)2314720271423夏至日太阳高度角(°)374961727472614937太阳入射角(°)3725132021325372.3.2结构参数为了提高双管多曲面槽式空气集热器的聚光性能，分析研究集热器的结构并将其参数进行优化处理。从图2.2可以看出集热器的结构参数主要由集热器进光口宽度Wj、出光口宽度Wc、总高度H和二次反射平面镜高度h确定，利用光学软件TracePro并结合单一控制变量法依次分析Wj、Wc、H、h对集热器聚光效率的影响。因为双管多曲面槽式空气集热器是放置在日光温室的北墙顶上，所以不仅为了防止集热器对后侧温室遮挡产生阴影，还要保证集热器安置后的稳定性以及工作人员安装、检查时站立的安全性，
【参考文献】：
期刊论文
[1]槽式太阳能集热器聚光面能流分布及传热特性[J]. 刘亚君,顾炜莉,王蒙,易小芳. 建筑热能通风空调. 2020(01)
[2]微型抛物槽式太阳能集热器集热特性研究[J]. 冯晨,杨谋存,朱跃钊. 南京工业大学学报(自然科学版). 2019(06)
[3]中温槽式集热器的聚光特性模拟及误差分析[J]. 丁林,王军,蒋川,杨嵩,王登文,张耀明. 太阳能学报. 2019(10)
[4]圆柱型集热器腔体优化设计及光学性能分析[J]. 袁振华,赵晓燕,闫素英,王伟超,王峰,刘海波. 可再生能源. 2018(12)
[5]槽式腔体太阳能集热系统特性数值模拟及优化[J]. 冀孟恩,李明,王云峰,冯志康,王伟. 太阳能学报. 2018(11)
[6]槽式太阳集热器聚光特性的模拟研究[J]. 刘婷婷,王军,邴旖旎,杨帆,冯炜,王登文. 太阳能学报. 2017(12)
[7]复合抛物面集热器光学模拟[J]. 苏中元,顾晟彦,王军,张耀明. 太阳能学报. 2017(09)
[8]倒梯形腔体接收器的结构设计及光学性能[J]. 王志敏,田瑞,齐井超,李培涛,卫强. 光学学报. 2017(12)
[9]日光温室用双集热管多曲面槽式空气集热器性能试验[J]. 陈超,张明星,郑宏飞,李娜,马兴龙,凌浩恕,马彩雯,邹平. 农业工程学报. 2017(15)
[10]新型双集热管多曲面槽式空气集热器在乌鲁木齐日光温室的应用研究[J]. 张明星,陈超,马彩雯,姜理星,邹平,张彩虹. 新疆农业科学. 2017(05)
硕士论文
[1]日光温室用聚光型太阳集热器热工性能研究[D]. 张任丽.兰州交通大学 2019
[2]R公司智慧农业大棚建设项目可行性研究[D]. 戴明.齐鲁工业大学 2017
本文编号：3226638
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2.1双管多曲面槽式空气集热器结构
兰州交通大学工程硕士学位论文-11-裂等情况，又因为结构简单、占地面积小，可以放置在西北地区日光温室较厚的北墙顶上，运行方便且安全。2.1.2聚光原理双管多曲面槽式空气集热器的聚光反射器是由两组对称复合抛物面反射镜aceo和bdfo构成，左右两边一次抛物面反射镜分别由抛物线ao2与抛物线bo1经过旋转和平移得到的，P2和P1分别为这两个抛物线的焦点，Wj是聚光器的进光口ab的宽度；垂直与x轴的线段ce和df经过平移得到二次反射平面镜，其高度为h，Wc是聚光器的出光口cd的宽度；槽底聚光镜是由抛物线eof旋转平移得到的，其焦点P也是抛物线ao2与抛物线bo1的交点；集热器的总高为H，如图2.2所示，此集热器的聚光原理：太阳光线N透过集热器玻璃盖板，一部分N1会直接照射在两根玻璃管接收器上，一部分N2会经过一次抛物面反射镜ac和bd聚焦到玻璃管接收器上，另一部分N3依此通过一次反射镜、二次反射镜以及槽底聚光器等多次反射聚焦到玻璃管接收器上，最后还有直接到槽底聚光器的一小部分N4。所以进入集热器聚光器的太阳光线总数N就是N1、N2、N3、N4以及没有聚焦到玻璃管接收器上逃离的光线数Ns之和。图2.2双管多曲面槽式空气集热器聚光原理为了提高双管多曲面槽式空气集热器的聚光效率，本文对其聚光器结构参数进行优化分析，因此建立了多曲面槽式聚光器的剖面几何结构图，如图2.2所示。建立直角坐标系oxy，抛物线ao2与抛物线bo1的方程分别为公式(2.1)与公式(2.2)，槽底弧线eof的抛物线方程式表示为公式(2.3)；
兰州交通大学工程硕士学位论文-13-的天数；式中为太阳高度角；φ为地理纬度，兰州为北纬36°03′；ω为时角15°。图2.3太阳高度角与集热器倾斜角而太阳入射角随太阳高度角的变化而变化，不同时刻的太阳入射角等于正午时刻的太阳高度角减去当时的太阳高度角。计算兰州地区冬至日与夏至日白天内太阳高度角以及太阳入射角在不同时刻的值，列于表2.1。表2.1兰州地区不同时刻太阳入射角和高度角时刻9:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00冬至日太阳高度角(°)8172429312924178太阳入射角(°)2314720271423夏至日太阳高度角(°)374961727472614937太阳入射角(°)3725132021325372.3.2结构参数为了提高双管多曲面槽式空气集热器的聚光性能，分析研究集热器的结构并将其参数进行优化处理。从图2.2可以看出集热器的结构参数主要由集热器进光口宽度Wj、出光口宽度Wc、总高度H和二次反射平面镜高度h确定，利用光学软件TracePro并结合单一控制变量法依次分析Wj、Wc、H、h对集热器聚光效率的影响。因为双管多曲面槽式空气集热器是放置在日光温室的北墙顶上，所以不仅为了防止集热器对后侧温室遮挡产生阴影，还要保证集热器安置后的稳定性以及工作人员安装、检查时站立的安全性，
【参考文献】：
期刊论文
[1]槽式太阳能集热器聚光面能流分布及传热特性[J]. 刘亚君,顾炜莉,王蒙,易小芳. 建筑热能通风空调. 2020(01)
[2]微型抛物槽式太阳能集热器集热特性研究[J]. 冯晨,杨谋存,朱跃钊. 南京工业大学学报(自然科学版). 2019(06)
[3]中温槽式集热器的聚光特性模拟及误差分析[J]. 丁林,王军,蒋川,杨嵩,王登文,张耀明. 太阳能学报. 2019(10)
[4]圆柱型集热器腔体优化设计及光学性能分析[J]. 袁振华,赵晓燕,闫素英,王伟超,王峰,刘海波. 可再生能源. 2018(12)
[5]槽式腔体太阳能集热系统特性数值模拟及优化[J]. 冀孟恩,李明,王云峰,冯志康,王伟. 太阳能学报. 2018(11)
[6]槽式太阳集热器聚光特性的模拟研究[J]. 刘婷婷,王军,邴旖旎,杨帆,冯炜,王登文. 太阳能学报. 2017(12)
[7]复合抛物面集热器光学模拟[J]. 苏中元,顾晟彦,王军,张耀明. 太阳能学报. 2017(09)
[8]倒梯形腔体接收器的结构设计及光学性能[J]. 王志敏,田瑞,齐井超,李培涛,卫强. 光学学报. 2017(12)
[9]日光温室用双集热管多曲面槽式空气集热器性能试验[J]. 陈超,张明星,郑宏飞,李娜,马兴龙,凌浩恕,马彩雯,邹平. 农业工程学报. 2017(15)
[10]新型双集热管多曲面槽式空气集热器在乌鲁木齐日光温室的应用研究[J]. 张明星,陈超,马彩雯,姜理星,邹平,张彩虹. 新疆农业科学. 2017(05)
硕士论文
[1]日光温室用聚光型太阳集热器热工性能研究[D]. 张任丽.兰州交通大学 2019
[2]R公司智慧农业大棚建设项目可行性研究[D]. 戴明.齐鲁工业大学 2017
本文编号：3226638
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