太阳能集热器热迁移因子分析方法与集热器性能优化

发布时间：2020-10-23 06:14

　　 本文针对两种不同类型太阳能集热器——双层面盖平板集热器和线性菲涅尔反射式集热器,利用热迁移因子分析方法对其集热性能进行了研究。重点推导了各自集热性能指标瞬时热效率、总热损系数以及热迁移因子等参数的数学解析式,并通过试验验证了数学模型的准确性与合理性。主要研究内容概括如下:1.分析了双层面盖平板集热器的结构特点,绘制了热网络图,分析了各部位的能量损失,发现顶部热损失占主要比重,并给出总热损系数UL的数学表达式。最后推导了其瞬时效率方程和热迁移因子FR的数学解析式。2.搭建了双层面盖平板集热器的试验系统。根据国家标准GB/T 4271-2007《太阳能集热器热性能试验方法》对该系统的集热性能进行测试。在标准工质流量0.02kg/m2·s工况下,根据测试结果采用最小二乘法拟合得到双层面盖平板集热器的瞬时效率方程η=0.83-2.90T*,并绘制了瞬时效率曲线。基于瞬时效率方程计算出标准工质流量下双层面盖平板集热器的总热损系数UL=3.12W/m2·℃,热迁移因子FR=0.93。分析了不同工质流量、不同进口工质温度等因素对瞬时效率的影响;研究了不同集热器出口工质温度与环境温差下总热损系数的变化,并绘制了拟合方程的曲线;研究了不同工质流量对热迁移因子的影响,绘制了关系曲线。对不同工质流量下热迁移因子的理论值和试验值进行了对比,误差在1.27%～1.82%之间,验证了数学模型的合理性。提出了优化平板集热器集热性能的具体措施。3.介绍了线性菲涅尔反射式集热器的基本结构。分析了线性菲涅尔反射式集热系统的镜场布置原理,给出了 H、Qn、Sn和W等几个重要参数之间的关系。发现CPC腔体吸收器的最大接收半角θmax的合理选择对于线性菲涅尔反射式集热系统的镜场排布具有重要意义。介绍了 CPC腔体吸收器的结构曲线。分析了线性菲涅尔反射式集热系统镜场最佳初始角度的选择,给出了不同太阳方位下,最佳初始角度的计算公式。重点研究了 CPC腔体吸收器的传热性能,绘制了其热网络图,给出了各部位的能量平衡方程和换热量的计算公式,并由此推出总热损系数UL的数学解析式和线性菲涅尔反射式集热器的瞬时效率方程。在瞬时效率方程中引入热迁移因子FR并推导出其数学解析式。4.搭建了线性菲涅尔反射式集热器的试验系统。介绍了试验台的的基本情况和主要参数。采用瞬态测试法测试了线性菲涅尔反射式集热器的集热性能。通过测得的试验数据拟合得到标准工质流量0.02kg/m2·s下,线性菲涅尔反射式集热器的瞬时效率方程η=0.65-1.97T*,并绘制了其瞬时效率曲线。根据瞬时效率方程,计算出标准工质流量下,线性菲涅尔反射式集热器的热迁移因子FR=0.88,总热损系数UL=9.75W/m2·℃。随着归一化温差T*的增大,线性菲涅尔反射式集热器的瞬时效率η呈线性减小;随着集热器出口工质温度与环境温差ΔT的增大,线性菲涅尔反射式集热器的总热损系数UL逐渐增大并且增大的速度越来越快;随着进口工质温度的升高,线性菲涅尔反射式集热器的热迁移因子FR逐渐减小并且减小的速度越来越快。提出了优化线性菲涅尔反射式集热器集热性能的具体措施。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK513.1
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 研究的背景和意义
        1.1.1 能源现状
        1.1.2 太阳能概述
        1.1.3 太阳能利用技术
    1.2 研究现状及存在的问题
        1.2.1 太阳能平板集热器的特点及研究现状
        1.2.2 线性菲涅尔反射式集热器的特点及研究现状
        1.2.3 研究现状总结和存在的问题
    1.3 本文的主要研究工作
第二章 太阳能集热器热迁移因子分析方法
    2.1 太阳能集热器的效率因子
    2.2 太阳能集热器的热迁移因子
    2.3 本章小结
第三章 双层玻璃盖板平板集热器集热性能分析
    3.1 双层玻璃盖板太阳能平板集热器结构分析
    3.2 双层玻璃盖板太阳能平板集热器集热性能分析
        3.2.1 平板集热器的基本能量平衡方程
        3.2.2 平板集热器的总热损系数
        3.2.3 平板集热器的效率方程
        3.2.4 平板集热器的效率因子
        3.2.5 平板集热器的热迁移因子
    3.3 本章小结
第四章 双层玻璃盖板平板集热器集热性能试验测试
    4.1 试验目的和内容
    4.2 试验方法和条件
    4.3 试验装置和系统图
    4.4 试验步骤
    4.5 试验数据分析
        4.5.1 瞬时效率曲线
L'>        4.5.2 总热损系数UL

        4.5.3 热迁移因子F_R

    4.6 平板集热器优化分析
    4.7 本章小结
第五章 线性菲涅尔反射式集热器集热性能分析
    5.1 线性菲涅尔反射式集热系统的基本结构
    5.2 线性菲涅尔反射式集热系统镜场布置
    5.3 CPC腔体吸收器结构设计
    5.4 线性菲涅尔反射式集热系统镜场最佳初始角度的确定
    5.5 CPC腔体吸收器传热性能分析
    5.6 本章小结
第六章 线性菲涅尔反射式集热器集热性能试验分析
    6.1 线性菲涅尔反射式集热器试验台搭建
        6.1.1 线性菲涅尔反射式集热系统镜场
        6.1.2 CPC腔体吸收器和集热管
        6.1.3 自动跟踪和传动系统
    6.2 线性菲涅尔反射式集热器集热性能试验
        6.2.1 试验目的及方法
        6.2.2 试验装置及系统图
        6.2.3 试验数据分析
    6.3 线性菲涅尔反射式集热器集热效率分析
    6.4 线性菲涅尔反射式集热器优化设计
    6.5 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 研究总结
    7.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的科研成果

【参考文献】

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本文编号：2852654

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