基于光学性能分析的太阳能腔式吸热器石英窗设计

发布时间：2021-06-08 10:14

　　研究用于圆柱、球形腔式吸热器的双凹、上凹、下凹、双凸、上凸和下凸6种不同结构的正弦形石英窗,以确定最佳的设计方案,最大限度改善吸热器的光学性能。基于蒙特卡洛光线追迹法研究表明:对于圆柱形腔式吸热器,双凹形石英窗是最优的设计方案,对比常规平面石英窗,光学效率基本不变,此时圆柱形吸热器峰值聚光比由1050.0下降到715.9,非均匀系数由0.60下降到0.30;对于球形吸热器,从局部聚光比峰值来评价,下凹形石英窗是最优的设计方案,此时球形吸热器峰值聚光比由1010.0下降到797.4,非均匀系数由0.67下降到0.40;从非均匀系数分布来评价,双凹形石英窗是最优的设计方案,此时球形吸热器峰值聚光比由1010.0下降到857.7,非均匀系数由0.67下降到0.38。 

【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(12)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

碟式聚光集热系统工作示意图

如图2所示，石英窗安装在腔式吸热器的光辐射入口处，当系统工作时，碟式聚光器聚集的太阳光辐射通过石英窗进入吸热器。腔式吸热器作为碟式太阳能光热转换系统的关键部件，本文的研究对象为目前常用的圆柱形和球形[4]2种结构的吸热器。由图2可知，吸热器的开口直径Dqw为240 mm，高度Hca为330 mm，内径Dca为304 mm，以吸热器的顶点Os为原点，吸热器图示的展开方向为x向。对于吸热器的窗口，常规的情况是使用平面形石英窗[11]，本文设计一种截面轮廓形状为正弦形共6种结构形式的凹、凸形石英窗，如图3所示，分别为双凹、上凹、下凹、双凸、上凸和下凸形石英窗，石英窗的截面正弦线可用方程y=Asin (ωx+φ)+k来表示，其中：0≤x≤π，A、ω、φ和k是常数且可根据Dqw、Hqw、Hqw1得出，参考文献[15]，本文中石英窗尺寸参数取值Dqw为240 mm、Hqw为28 mm和Hqw1为6 mm。

对于吸热器的窗口，常规的情况是使用平面形石英窗[11]，本文设计一种截面轮廓形状为正弦形共6种结构形式的凹、凸形石英窗，如图3所示，分别为双凹、上凹、下凹、双凸、上凸和下凸形石英窗，石英窗的截面正弦线可用方程y=Asin (ωx+φ)+k来表示，其中：0≤x≤π，A、ω、φ和k是常数且可根据Dqw、Hqw、Hqw1得出，参考文献[15]，本文中石英窗尺寸参数取值Dqw为240 mm、Hqw为28 mm和Hqw1为6 mm。2 光学性能评价方法

【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳辐射强度对太阳能腔式吸热器热流密度的影响[J]. 毛前军,谢鸣,帅永,谈和平.  太阳能学报. 2013(10)
[2]抛物面型聚光器聚焦光斑能流密度分布的计算[J]. 刘颖,戴景民,孙晓刚.  太阳能学报. 2007(10)



本文编号：3218229