基于半球型接收器的系统集热效率及温差发电特性研究

发布时间：2020-05-28 02:08

【摘要】：由于能源短缺和环境污染，太阳能光热系统逐渐受到人们的重视，本文对光热系统中的接收器做了理论和实验研究，主要工作如下。首先，利用Fluent软件对接收器的对流换热损失做了详细研究，得到了对流换热损失与接收器倾角的关系，研究结果显示：（1）接收器内空气在流动过程中形成了滞止区域，区域的分界为通过接收器开口上端的水平面，分界处的温度梯度较大。（2）接收器的对流损失随其倾角的增大而减小，倾角30度至60度间对流损失下降较0至30度和60度至90度两区段快，倾角为90度时计算所得对流损失接近0。（3）辐射和导热对接收器内部空气的流动和温度分布情况几乎没有影响。其次，在利用TRACEPRO软件获得光学模型的基础上，结合传热学原理提出了新的接收器理论模型，并在碟式聚光系统（以导热油为传热介质）上做了户外实验验证，发现新模型的精度满足工程要求，且运算速度较快。然后，利用新理论模型对影响集热效率的因素进行分析，得出以下结论：（1）进口温度降低时，流量有下限，以避免出现层流。（2）进入集热器的辐射强度过高会使集热效率下降，故集热系统的聚焦比也不宜过大。（3）流量升高对效率影响很小，且造成集热温度降低。当辐射低而进口温度高时降低流量反而会使效率和出口温度均升高。再次，针对一套以导热油（SYLTHERM800）为传热介质的碟式太阳能集热系统进行了变工况实验。该系统由聚光镜，半球型接收器及循环系统构成。实验过程中可调参数为导热油质量流量（变化范围0.03-0.06kg/s）和接收器入口油温（变化范围110-190℃），而太阳直射辐射在400-900W/m2范围内变化。结果显示：（1）集热效率明显随定性温差（接收器进出口温度的平均值与环境温度的差值）的增大而下降，实验中变化为5-7%。（2）在实验工况下，质量流量从0.03kg/s增大到0.06kg/s，集热效率从45%增大到75%，并且变化率呈逐渐上升趋势。（3）集热效率随直辐射强度的增大而增大。最后，结合半导体温差发电片对系统的整体性能做了实验研究，得到以下结论：（1）加入温差发电片后系统集热效率仍随进口温度的上升而下降，只是效率整体偏低，温差发电片的电压随进口温度的上升成线性增长的趋势。（2）温差发电片的电压随直辐射强度的增大变化不明显。（3）水流量下降时，温差发电片的电压变化不大。
【图文】：

制圆,保温层,接收器

图 2.1 接收器1—入口；2—保温层；3—铜制圆锥；4—出口； 5—铜管；6—入射光格的划分分是 CFD 中的重要环节，直接影响模拟精度和计算效率。网和非结构化网格两类，结构化网格的节点排列有序，，即当给出，立即可以得出其相邻节点的编号，所有内部节点周围的网格网格具有实现容易、生成速度快、网格质量好、数据结构简单较差。而非结构网格的内部节点以一种不规则的方式布置在的网格数目不尽相同，这种网格生成过程比较复杂，但适用中导热油流道为半球面上的螺旋曲线，几何结构较为复杂，故体非结构网格划分，并对腔体内部和管内的网格进行细化以提接收器外部采用较大的网格以提高计算速度。模型网格数为分效果如图 2.2，

网格划分,情况,网格,螺旋曲线

节点周围的网格数目不尽相同，这种网格生成过程比较复杂，但适用范围广于本模型中导热油流道为半球面上的螺旋曲线，几何结构较为复杂，故整个模采用四面体非结构网格划分，并对腔体内部和管内的网格进行细化以提高其计精度，而接收器外部采用较大的网格以提高计算速度。模型网格数为 947845体网格划分效果如图 2.2，
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513.1;TM913

【共引文献】