热管真空管槽式太阳能集热器传热机理及实验研究

发布时间：2021-04-30 07:19

　　在太阳能热利用技术中,槽式集热系统的线性真空管接收器因其工作时壁面温度和管内工质温度分布不均匀,而直接影响集热系统的传热性能。热管具有良好的等温性和较高的导热性,可替代线性真空管作为接收器。因此,本文对热管式真空管接收器与抛物面槽式聚光器相结合的太阳能集热器进行了研究,主要研究内容如下。首先,介绍了热管式真空管槽式集热系统的结构及工作原理,该系统包括槽式聚光器和热管式真空管接收器。其中,热管式真空管包括两相闭式热虹吸管和单层的玻璃套管。根据系统工作条件,热管的工质选择水,管壳材料选择不锈钢材料。根据热管式真空管的工作特点,集热系统选择了方位轴俯仰轴的跟踪方式。其次,根据集热系统方位轴俯仰轴的跟踪方式特点,采用Sol Trace软件模拟研究了四种不同手动调节模式下聚光器的光学性能。模拟结果显示,本文采用的聚光器倾角由当日正午太阳高度角确定最佳,而方位轴调节时间最长不超过3min一次。此外,本文以光学效率和能流密度分布均匀性作为衡量标准,并在考虑跟踪误差的条件下,对接收器管径以及金属管与玻璃套管之间的环形空间间隙尺寸进行了优化研究。其中,金属管管径选择为30mm,金属管与玻璃套管之间的环形... 

【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 热管式真空管作为接收器的研究现状
        1.2.1 聚光式热管真空管集热器研究现状
        1.2.2 非聚光式热管式真空管集热器研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第二章 热管式真空管槽式聚光集热系统及相关概念
    2.1 热管式真空管槽式聚光集热系统
        2.1.1 系统结构及工作原理
        2.1.2 热管工质及管壳材料选择
        2.1.3 重力热管充液量的要求
    2.2 集热系统相关基本概念
        2.2.1 太阳形状
        2.2.2 太阳角
        2.2.3 太阳光入射角
    2.3 跟踪方式
        2.3.1 单轴跟踪系统
        2.3.2 双轴跟踪系统
        2.3.3 本课题的跟踪方式介绍
    2.4 太阳能跟踪系统的驱动方式
    2.5 本章小结
第三章 槽式集热器的接收器管径优化设计
    3.1 方位轴-俯仰轴手动跟踪方式的研究
        3.1.1 装置结构及工作原理
        3.1.2 手动跟踪的调整方式
    3.2 接收器管径设计方法
    3.3 SOLTRACE软件及光学模拟步骤
        3.3.1 SOLTRACE光学仿真软件介绍
        3.3.2 系统建模步骤
    3.4 接收器的光学效率及能流密度分布均匀性
    3.5 光学模拟结果分析
        3.5.1 调节方式一
        3.5.2 调节方式二
        3.5.3 调节方式三
        3.5.4 调节方式四
    3.6 接收器管径模拟分析
        3.6.1 不考虑跟踪误差管径设计
        3.6.2 考虑跟踪误差时管径设计
        3.6.3 环形空间间隙尺寸对能流密度分布的影响
    3.7 本章小结
第四章 槽式聚光器聚光性能实验测试与分析
    4.1 实验装置
    4.2 测试装置及常见方法简介
    4.3 测试流程
    4.4 测试结果及分析
        4.4.1 实验测试结果
        4.4.2 沿聚光器主光轴上不同的测试位置的影响
        4.4.3 太阳高度角变化的影响
        4.4.4 聚光器倾斜角的影响
        4.4.5 云层遮挡对光斑及能流密度的影响
    4.5 能流密度实验结果与模拟结果对比
    4.6 本章小结
第五章 热管式真空管传热热阻分析
    5.1 热管式真空管的传热热阻
        5.1.1 热管式真空管传热热阻分析
        5.1.2 热管蒸发段热阻
        5.1.3 热管冷凝段热阻
        5.1.4 金属管与玻璃套管换热热阻
        5.1.5 玻璃套管热阻
    5.2 计算结果分析
        5.2.1 太阳直射辐照度对热阻的影响
        5.2.2 环境温度对热阻的影响
        5.2.3 传热流体入口温度对热阻的影响
        5.2.4 风速对热阻的影响
    5.3 本章小结
总结与展望
    总结
    展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]热管式真空管和平板型集热器在兰州地区太阳能热水系统中的热性能对比分析[J]. 王忠海,马兵善,王刚.  甘肃科学学报. 2018(01)
[2]热管式真空管太阳能聚光集热系统传热特性分析[J]. 张维蔚,王甲斌,田瑞,薛奇成,巴旭阳.  农业工程学报. 2018(03)
[3]变异系数降维的CNN高光谱遥感图像分类[J]. 张康,黑保琴,周壮,李盛阳.  遥感学报. 2018(01)
[4]槽式太阳能真空管接收器环形区域结构及气体优化[J]. 张维蔚,薛奇成,聂晶,程龙,王甲斌,宋长忠.  农业工程学报. 2017(20)
[5]热管式太阳能集热系统在郑州地区的供热特性研究[J]. 郑慧凡,田国记,李丹丹,黄晨茜,范晓伟.  流体机械. 2017(06)
[6]我国可再生能源的发展现状与展望[J]. 周宏春.  领导科学论坛. 2016(18)
[7]带遮热板的热管式真空管集热器中温性能的理论与实验研究[J]. 张昕宇,由世俊,葛洪川,高岩,徐伟,何涛,郑雪晶,邓昱.  太阳能学报. 2016(01)
[8]跟踪式CPC热管真空管集热器聚光及集热特性[J]. 王银峰,陈海军,张鑫,金丽珠,马婷婷,朱跃钊.  太阳能学报. 2015(11)
[9]跟踪式复合抛物面聚光太阳能集热器光学性能模拟[J]. 王银峰,张鑫,陈海军,朱跃钊.  南京工业大学学报(自然科学版). 2015(05)
[10]槽式太阳能集热器中萘热虹吸管启动特性的研究[J]. 刘赟,张红,战栋栋,李四海.  动力工程学报. 2013(06)

博士论文
[1]太阳能聚光器聚焦光斑能流密度分布的理论与实验研究[D]. 刘颖.哈尔滨工业大学 2008

硕士论文
[1]非均匀能流分布下高寒地区槽式聚光集热器特性研究[D]. 常征.内蒙古工业大学 2018



本文编号：3169075