车载式可折叠线性菲涅尔聚光集热系统设计与研究

发布时间：2020-11-09 00:28

　　 线性菲涅尔反射式聚光集热器在最近十年获得了各国太阳能研究机构的重视。相比于目前已经得到商业化利用的槽式集热器,线性菲涅尔反射器具有造价低、场地利用率高、反射镜风阻低、控制系统简单等优点。本文将线性菲涅尔聚光集热镜场与野战后勤车辆相结合,设计了一种车载式可折叠线性菲涅尔聚光集热系统,为野战部队后勤提供一定的热能供给。本文的主要研究内容包括：1)论文提出了将线性菲涅尔聚光镜场与后勤补给车辆相结合,利用太阳能聚光装置为部队提供一定的能源补给的设计思路。为了尽可能增大镜场的聚光面积,论文完成了镜场折叠机构的设计,该折叠装置能够实现将镜场的聚光面积增大到车顶面积的两倍。论文通过理论分析与仿真相结合对聚光集热镜场中相关的传动模块以及集热器模块等进行了设计研究。2)针对车载式线性菲涅尔聚光镜场的参数进行了优化设计。在分析了线性菲涅尔聚光镜场可能出现的阴影与遮挡的情况下,利用数值分析的方法,分别研究了镜元宽度、集热器高度、太阳光线的入射角度以及镜元数量对镜场聚光性能的影响。并通过matlab编写的迭代程序,对镜场参数进行了全局优化,获得镜场的优化参数大小。最后通过Tracepro光学仿真软件结合正交实验的方法,对镜场优化参数的数值优化进行了仿真验证。仿真结果与数值优化的结果一致。3)文章对车载式线性菲涅尔聚光集热器进行了研究。分析了复合抛物面(CPC)二次聚光器对镜场聚光性能以及集热器表面能流密度的改善作用。并在此基础上建立了基于CPC二次聚光镜场的真空集热器的传热模型。通过计算流体动力学(CFD)仿真分析的方法,分别研究了真空集热器在密闭环境下,集热器单位长度上的热损量大小以及系统的平均效率随着工作温度的变化情况。同时还分析了真空管工质出口温度与进口温度以及工质流速之间的关系。为车载式线性菲涅尔聚光集热镜场的集热性能研究,提供了参考依据。4)搭建了车载式线性菲涅尔聚光集热镜场的物理模型,并对镜场的折叠性能进行了测试。在此基础上,研究了镜场的聚光性能以及集热器的空晒性能。结果表明,车载式线性菲涅尔聚光镜场具有良好的聚光性能；利用真空管集热器进行聚光集热,系统的具有较快的温度相应,满足中温集热系统的集热性能要求。最后对系统的光热转化效率进行了测定,结果表明线性菲涅尔聚光镜场的光热转化效率达到60%左右。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TK513.1
【部分图文】：

美国和西班牙［）］。??按聚光形式的不同，可主要分为以下四类：槽式、塔式、碟式以及线性菲淫尔式［６，７］，??如图１．１为四种太阳能聚光器的产品图。其中塔式、碟式属于点聚焦式，槽式和线性菲??涅尔式属线聚焦式。线性菲淫尔式太阳能热发电技术，具有结构简单，制作、运行成本??低和抗风性能优良等特点［８，９］。??圓??（ａ）槽式聚光器?（ｂ）碟式聚光器??（ｃ）塔式聚光器?（ｄ）线性菲裡尔聚光器??图１．１四种不同聚光发电产品??太阳能按照集热温度的分类可以分低温、中温、高温利用［】°］。其中低温段温度一般??低于８ｃｒｃ，主要包括太阳能热水器。太阳光采暖房也是典型的低温利用的方式之一。??太阳能中温利用主要包括太阳能空调，此外还可以利用太阳光线进行海水淡化、生物质??的降解，其温度主要集中于８０？２５ｃｒｃ。高于２５（ｒｃ的太阳能的利用则属于高温范畴，主??要包括太阳能发电。如图１．２所示为太阳能利用方式的分类。??２??

美国和西班牙［）］。??按聚光形式的不同，可主要分为以下四类：槽式、塔式、碟式以及线性菲淫尔式［６，７］，??如图１．１为四种太阳能聚光器的产品图。其中塔式、碟式属于点聚焦式，槽式和线性菲??涅尔式属线聚焦式。线性菲淫尔式太阳能热发电技术，具有结构简单，制作、运行成本??低和抗风性能优良等特点［８，９］。??圓??（ａ）槽式聚光器?（ｂ）碟式聚光器??（ｃ）塔式聚光器?（ｄ）线性菲裡尔聚光器??图１．１四种不同聚光发电产品??太阳能按照集热温度的分类可以分低温、中温、高温利用［】°］。其中低温段温度一般??低于８ｃｒｃ，主要包括太阳能热水器。太阳光采暖房也是典型的低温利用的方式之一。??太阳能中温利用主要包括太阳能空调，此外还可以利用太阳光线进行海水淡化、生物质??的降解，其温度主要集中于８０？２５ｃｒｃ。高于２５（ｒｃ的太阳能的利用则属于高温范畴，主??要包括太阳能发电。如图１．２所示为太阳能利用方式的分类。??２??

文献［３３］提出的一种复合式线性菲淫尔聚光集热系统，采用多排集热器代替常??规的单排集热器。位于镜场两边的集热器能够最大限度地提高镜场中镜元的密度，实现??对镜场高效地利用，如图１．３所示。??ｙ集热器?银热器??紧凑镜元阵列??图１．３紧凑型线性菲淫尔反射阵列示意图??该结构适用于镜场规模较大的情况。文献［３４，３５］采用光学几何分析和矢量分析的方法??研究了镜元之间无遮挡的边界条件。然后釆用数值迭代的方法，求出镜元宽度一定情况??下镜元无遮挡的最小间距。文献［３６－３８］研究了在太阳光线垂直照射在水平表面的情况下，??相邻镜元之间最小间距的问题。该方法简化了镜场模型。文献［３９］采用图形绘制的方法对??镜元之间的遮挡问题作了定性分析。??１．３．３镜场集热器研究现状??集热器作为聚光集热镜场最重要部分之一，国内外学者对其进行了大量的研究。重??庆大学的陈庚、崔文智等人［４Ｇ＂⑵对槽式聚光集热器（如图１．５所示）的集热性能进行了研??究。通过仿真模拟的方法得到集热管内工质出口温度与镜场聚光强度、工质进口温度以??及工质流量之间的数量关系，通过公式拟合的方法得到工质出口温度的计算公式。研究??５??
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本文编号：2875592