低截取比下复合抛物面聚光器的光热性能
发布时间：2021-07-08 19:10
考虑复合抛物面聚光器（CPC）的经济性和光学性能,对CPC结构进行了优化设计。根据参数方程,分析了相同面积内的截取比对CPC总弧长和接收管数量的影响。研究结果表明,CPC截取比取0.15～0.25时,可有效降低对CPC弧面材料的使用。基于Tracepro软件,实现了对CPC的二维光线追踪,提出了一种CPC直射光学效率的模拟计算方法。选择1月1日、4月1日、7月1日、10月1日四个季节日期为模拟日期,模拟结果显示,截取比为0.16的CPC相较于截取比为0.56的CPC,平均直射光学效率分别提高了13.77%,15.24%,9.30%,11.54%。太阳高度角的增加和方位角的减小有利于降低CPC的末端光线损失。增加CPC的长度有利于减小末端光线损失对CPC光学效率的影响。实验测试验证了模拟的正确性,所提方法可应用于以提高光学性能为目标的CPC结构优化设计。
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2019,56(08)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１ＣＰＣ剖面示意图Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆＣＰＣｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ
２＋θ［ｘ′（φ）］２＋［ｙ′（φ槡）］２ｄφ，（１１）式中：ｘ′（φ）＝ｒφ′ｓｉｎφ＋φ′ｃｏｓ（φ－θ）ｃｏｓφ１＋ｓｉｎ（φ－θ［］）；ｙ′（φ）＝－ｒφ′ｃｏｓφ－φ′ｃｏｓ（φ－θ）ｓｉｎφ１＋ｓｉｎ（φ－θ［］）；ｘ′（φ）为参数方程ｘ（φ）的导函数；ｙ′（φ）为参数方程ｙ（φ）的导函数。２．２计算与分析如图２所示，对理想聚光比为２、３、４的３种ＣＰＣ（接收管半径均为２９ｍｍ）进行截取，研究分析截取比与ＣＰＣ聚光比及弧长之间的关系。Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３分别是对理想聚光比为２、３、４的ＣＰＣ进行截取时所对应的ＣＰＣ中心轴右半支的弧长。由图２可知，理想聚光比为２、３、４的ＣＰＣ，截取比从１降为０．５时，聚光比分别仅降低７．０７％，８．０４％，８．５８％，ＣＰＣ弧长分别降低了３６．０８％，４２．０１％，４４．６９％。表明对ＣＰＣ进行一定的截取，对其聚光比的影响有限，但可大幅度减少对ＣＰＣ弧面材料的使用。当进一步对理想聚光比为２的ＣＰＣ进行截取（截取比小于０．５）时，如图２所示，ＣＰＣ弧长呈现近似线性递减的趋势，其聚光比降低的幅度逐渐增加，但根据（８）式可知，聚光比的降低表明ＣＰＣ的开口宽度也在减小，相同面积范围内可放置的ＣＰＣ的数量更多，而总的聚光面积并没有减小。如
３６．０８％，４２．０１％，４４．６９％。表明对ＣＰＣ进行一定的截取，对其聚光比的影响有限，但可大幅度减少对ＣＰＣ弧面材料的使用。当进一步对理想聚光比为２的ＣＰＣ进行截取（截取比小于０．５）时，如图２所示，ＣＰＣ弧长呈现近似线性递减的趋势，其聚光比降低的幅度逐渐增加，但根据（８）式可知，聚光比的降低表明ＣＰＣ的开口宽度也在减小，相同面积范围内可放置的ＣＰＣ的数量更多，而总的聚光面积并没有减小。如图３所示，截取比为Ｎｉ、Ｎｊ的２种ＣＰＣ在相同面积内可放置的数量分别为ｉ块和ｊ块。在一定面积内（Ｌ为该面积的宽度），研究低截取比对该面积内可放置的ＣＰＣ的总弧长及所需接收管的数量的影响，可为ＣＰＣ的结构优化设计提供一个新的思路。图２聚光比和ＣＰＣ弧长的变化曲线Ｆｉｇ．２ＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｒａｔｉｏａｎｄＣＰＣａｒｃｌｅｎｇｔｈｖｅｒｓｕｓｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎｒａｔｉｏ图３两种截取比下的ＣＰＣ在相同面积内的数量对Ｆｉｇ．３ＮｕｍｂｅｒｐａｉｒｓｏｆＣＰＣｕｎｄｅｒｔｗｏｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎｒａｔｉｏｓａｎｄｓａｍｅａｒｅａ对理想聚光比为Ｃｒ、接收管半径为ｒ的ＣＰＣ进行截取，当截取比为Ｎｔ（Ｎｔ小于０．５）时，相同面积内可放置该截取比的ＣＰＣ的数量与放置截取比为０．５的ＣＰＣ的数量的比值α，及此面积内所有该截取比的ＣＰＣ的总弧长与截取比为０．５的ＣＰＣ在此面积内的总弧长的比值κ分别为
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合抛物面集热器光学模拟[J]. 苏中元,顾晟彦,王军,张耀明. 太阳能学报. 2017(09)
[2]三种低倍聚光比的CPC的实验对比研究[J]. 杨明,裴刚,李桂强,王健,季杰. 太阳能学报. 2017(02)
[3]太阳能槽式系统接收器光学效率的特性研究[J]. 冯志康,李明,王云峰,陈飞,冀孟恩,洪永瑞. 光学学报. 2016(01)
[4]蛇形复合抛物面太阳集热器的热力性能研究[J]. 张晓伟,由世俊,张欢. 太阳能学报. 2013(08)
[5]内聚光CPC热管式真空集热管的光学效率分析[J]. 余雷,王军,张耀明. 太阳能学报. 2012(08)
[6]复合抛物面聚光器（CPC）光学分析研究[J]. 刘灵芝,李戬洪. 能源技术. 2006(02)
[7]集热器最佳倾角的选择[J]. 唐润生,吕恩荣. 太阳能学报. 1988(04)
硕士论文
[1]CPC太阳能集热器的集热性能及其在中低温领域的应用研究[D]. 田权.东南大学 2016
[2]三种低倍聚光比CPC的对比研究[D]. 杨明.中国科学技术大学 2015
本文编号：3272162
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2019,56(08)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１ＣＰＣ剖面示意图Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆＣＰＣｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ
２＋θ［ｘ′（φ）］２＋［ｙ′（φ槡）］２ｄφ，（１１）式中：ｘ′（φ）＝ｒφ′ｓｉｎφ＋φ′ｃｏｓ（φ－θ）ｃｏｓφ１＋ｓｉｎ（φ－θ［］）；ｙ′（φ）＝－ｒφ′ｃｏｓφ－φ′ｃｏｓ（φ－θ）ｓｉｎφ１＋ｓｉｎ（φ－θ［］）；ｘ′（φ）为参数方程ｘ（φ）的导函数；ｙ′（φ）为参数方程ｙ（φ）的导函数。２．２计算与分析如图２所示，对理想聚光比为２、３、４的３种ＣＰＣ（接收管半径均为２９ｍｍ）进行截取，研究分析截取比与ＣＰＣ聚光比及弧长之间的关系。Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３分别是对理想聚光比为２、３、４的ＣＰＣ进行截取时所对应的ＣＰＣ中心轴右半支的弧长。由图２可知，理想聚光比为２、３、４的ＣＰＣ，截取比从１降为０．５时，聚光比分别仅降低７．０７％，８．０４％，８．５８％，ＣＰＣ弧长分别降低了３６．０８％，４２．０１％，４４．６９％。表明对ＣＰＣ进行一定的截取，对其聚光比的影响有限，但可大幅度减少对ＣＰＣ弧面材料的使用。当进一步对理想聚光比为２的ＣＰＣ进行截取（截取比小于０．５）时，如图２所示，ＣＰＣ弧长呈现近似线性递减的趋势，其聚光比降低的幅度逐渐增加，但根据（８）式可知，聚光比的降低表明ＣＰＣ的开口宽度也在减小，相同面积范围内可放置的ＣＰＣ的数量更多，而总的聚光面积并没有减小。如
３６．０８％，４２．０１％，４４．６９％。表明对ＣＰＣ进行一定的截取，对其聚光比的影响有限，但可大幅度减少对ＣＰＣ弧面材料的使用。当进一步对理想聚光比为２的ＣＰＣ进行截取（截取比小于０．５）时，如图２所示，ＣＰＣ弧长呈现近似线性递减的趋势，其聚光比降低的幅度逐渐增加，但根据（８）式可知，聚光比的降低表明ＣＰＣ的开口宽度也在减小，相同面积范围内可放置的ＣＰＣ的数量更多，而总的聚光面积并没有减小。如图３所示，截取比为Ｎｉ、Ｎｊ的２种ＣＰＣ在相同面积内可放置的数量分别为ｉ块和ｊ块。在一定面积内（Ｌ为该面积的宽度），研究低截取比对该面积内可放置的ＣＰＣ的总弧长及所需接收管的数量的影响，可为ＣＰＣ的结构优化设计提供一个新的思路。图２聚光比和ＣＰＣ弧长的变化曲线Ｆｉｇ．２ＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｒａｔｉｏａｎｄＣＰＣａｒｃｌｅｎｇｔｈｖｅｒｓｕｓｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎｒａｔｉｏ图３两种截取比下的ＣＰＣ在相同面积内的数量对Ｆｉｇ．３ＮｕｍｂｅｒｐａｉｒｓｏｆＣＰＣｕｎｄｅｒｔｗｏｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎｒａｔｉｏｓａｎｄｓａｍｅａｒｅａ对理想聚光比为Ｃｒ、接收管半径为ｒ的ＣＰＣ进行截取，当截取比为Ｎｔ（Ｎｔ小于０．５）时，相同面积内可放置该截取比的ＣＰＣ的数量与放置截取比为０．５的ＣＰＣ的数量的比值α，及此面积内所有该截取比的ＣＰＣ的总弧长与截取比为０．５的ＣＰＣ在此面积内的总弧长的比值κ分别为
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合抛物面集热器光学模拟[J]. 苏中元,顾晟彦,王军,张耀明. 太阳能学报. 2017(09)
[2]三种低倍聚光比的CPC的实验对比研究[J]. 杨明,裴刚,李桂强,王健,季杰. 太阳能学报. 2017(02)
[3]太阳能槽式系统接收器光学效率的特性研究[J]. 冯志康,李明,王云峰,陈飞,冀孟恩,洪永瑞. 光学学报. 2016(01)
[4]蛇形复合抛物面太阳集热器的热力性能研究[J]. 张晓伟,由世俊,张欢. 太阳能学报. 2013(08)
[5]内聚光CPC热管式真空集热管的光学效率分析[J]. 余雷,王军,张耀明. 太阳能学报. 2012(08)
[6]复合抛物面聚光器（CPC）光学分析研究[J]. 刘灵芝,李戬洪. 能源技术. 2006(02)
[7]集热器最佳倾角的选择[J]. 唐润生,吕恩荣. 太阳能学报. 1988(04)
硕士论文
[1]CPC太阳能集热器的集热性能及其在中低温领域的应用研究[D]. 田权.东南大学 2016
[2]三种低倍聚光比CPC的对比研究[D]. 杨明.中国科学技术大学 2015
本文编号：3272162
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3272162.html
