可用于建筑采暖的槽式复合抛物面聚光器光热特性研究
发布时间：2021-07-27 11:58
文章针对太阳能建筑采暖系统集热面积大、换热介质抗冻能力差的问题,设计了一种新型的槽式复合抛物面聚光建筑采暖系统,并分析了该系统中槽式复合抛物面聚光器的聚光原理。文章还建立了槽式复合抛物面聚光器的三维模型,而后利用光学仿真软件分析该聚光器的聚光性能,并搭建试验台研究空气流速对该聚光器光热转化效率的影响。分析结果表明:在光线入射偏角为10°的条件下,当接收体中心与聚光器底部的间距为90 mm时,槽式复合抛物面聚光器的光线接收率和聚光效率最优,分别为65.54%和60.25%;在实际天气条件下,槽式复合抛物面聚光器光热转化效率随空气流速增加而升高,当空气流速为4 m/s时,该聚光器的光热转化效率达到最大值,为76.73%。
【文章来源】：可再生能源. 2019,37(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
槽式复合抛物面聚光建筑采暖系统示意图
过程中将热空气的热量储存到储热水箱中；最后，换热盘管内低温空气经循环管路再次送入槽式CPC玻璃真空管接收器中，如此循环往复，不断将槽式CPC中的热量储存到储热水箱内，供室内采暖使用。在建筑采暖热负荷较大时，储热水箱中的水体由循环水泵驱动进入地暖盘管中将热量释放给建筑物，以实现建筑供暖。2槽式CPC聚光原理本文的槽式CPC是在传统非成像CPC的基础上，设计出的一种可成像的理想CPC。该聚光器由左、右两个开口向上的抛物面，以及连接两个抛物面的竖直反射面和底部抛物反射面组成。槽式CPC的聚光原理图如图2所示。由于槽式CPC为对称结构，因此本文仅以聚光器剖面的左半部分为研究对象，在光线正入射的条件下，对该聚光器的聚光原理进行分析。由图2可知，槽式CPC的聚光原理：入射到抛物面AB上、下边界的边缘光线1，3经抛物面反射后应汇聚到焦点F2处，但在汇聚过程中被玻璃真空管接收器拦截并吸收。由边缘光学原理可知，抛物面AB上、下边界之间的光线（光线2等）也均会被玻璃真空管接收器拦截并吸收。没有入射到抛物面AB上的光线，一部分（光线5等）直接入射到玻璃真空管接收器上，另一部分（光线4等）入射到槽式CPC的底部抛物面CD上（抛物面CD以玻璃真空管接收器中心轴为焦点），而后又被反射至玻璃真空管接收器上。3槽式CPC光学特性分析借助光学仿真软件LightTools，在不同预设参数下对槽式CPC的光学性能进行仿真计算。模拟结果可以为槽式CPC的实际应用及优化提供理论参考。3.1槽式CPC光线追迹令太阳方位角的跟踪误差为α，太阳高度角的跟踪误差为β。当槽式CPC没有跟踪误差时，α，β均为0。槽式CPC的光线接收率ηR（α，β）和聚光效率ηC（α，β）的计算式分别为ηR（α，β）=R
砻嫔系哪芰髅芏龋琖/m2。本文利用Solidworks软件建立CPC三维模型，并将该模型导入到LightTools中。本文在仿真计算过程中作如下假设：设定光源为面光源，光源投射面积与聚光器入光口面积相同；入射光线为等间距平行光束，光线数量为10000条，太阳辐照度平均值为800W/m2（这样可以保证此模拟过程与试验测试日太阳辐照度的实际值相接近），每条光线携带的能量相同，发射光谱近似为太阳光谱；抛物反射面的材质为铝，光学性质为镜面反射，反射率为0.9。当光线正向入射至槽式CPC时，该聚光器内部的光线追迹图如图3所示。由图3可知，光线沿着聚光器对称轴方向入射其内部。其中，一部分光线经3个抛物面反射后汇聚到玻璃真空管接收器表面，其余光线直接投射到玻璃真空管接收器表面，呈现对称分布状态。由此可知，理论分析结果与光线追迹结果相一致。3.2接收器位置对聚光性能的影响接收器的安放位置是决定聚光器聚光性能的关键因素之一，因此有必要研究接收器的位置与聚光器聚光性能之间的关系。本文在仿真计算过程中，设置玻璃真空管接收器的对称轴与槽式CPC的对称轴相重合，改变玻璃真空管接收器中心点与该聚光器底部之间的距离h，以分析该接收器的位置对该聚光器聚光性能的影响。此外，文本设定槽式CPC的对称轴与入射光线之间的夹角（以下简称为入射偏角）为10°。槽式CPC的光线接收率ηR和聚光效率ηC随h的变化情况如图4所示。由图4可知，随着h逐渐增加，槽式CPC的ηR和ηC均呈现出先增加后减小的变化趋势，且增加幅度较小，减小幅度较大。当h为90mm时，槽式CPC的ηR和ηC均为最大值，分别为65.54%，60.25%。4试验测试及结果分析4.1试验测试方法及仪器为了更准确地确定槽式CPC的光热转
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能建筑采暖系统槽式复合多曲面聚光器性能研究[J]. 贾柠泽,任志宏,常泽辉,李文龙,郑宏飞. 可再生能源. 2017(08)
[2]槽式太阳能聚光集热器传热性能研究[J]. 王修彦,韩露. 动力工程学报. 2017(04)
[3]槽式太阳能聚光集热器传热特性分析[J]. 王金平,王军,张耀明,毕小龙. 农业工程学报. 2015(07)
硕士论文
[1]用于建筑采暖的复合抛物面聚光集热装置性能研究[D]. 贾柠泽.内蒙古工业大学 2018
本文编号：3305738
【文章来源】：可再生能源. 2019,37(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
槽式复合抛物面聚光建筑采暖系统示意图
过程中将热空气的热量储存到储热水箱中；最后，换热盘管内低温空气经循环管路再次送入槽式CPC玻璃真空管接收器中，如此循环往复，不断将槽式CPC中的热量储存到储热水箱内，供室内采暖使用。在建筑采暖热负荷较大时，储热水箱中的水体由循环水泵驱动进入地暖盘管中将热量释放给建筑物，以实现建筑供暖。2槽式CPC聚光原理本文的槽式CPC是在传统非成像CPC的基础上，设计出的一种可成像的理想CPC。该聚光器由左、右两个开口向上的抛物面，以及连接两个抛物面的竖直反射面和底部抛物反射面组成。槽式CPC的聚光原理图如图2所示。由于槽式CPC为对称结构，因此本文仅以聚光器剖面的左半部分为研究对象，在光线正入射的条件下，对该聚光器的聚光原理进行分析。由图2可知，槽式CPC的聚光原理：入射到抛物面AB上、下边界的边缘光线1，3经抛物面反射后应汇聚到焦点F2处，但在汇聚过程中被玻璃真空管接收器拦截并吸收。由边缘光学原理可知，抛物面AB上、下边界之间的光线（光线2等）也均会被玻璃真空管接收器拦截并吸收。没有入射到抛物面AB上的光线，一部分（光线5等）直接入射到玻璃真空管接收器上，另一部分（光线4等）入射到槽式CPC的底部抛物面CD上（抛物面CD以玻璃真空管接收器中心轴为焦点），而后又被反射至玻璃真空管接收器上。3槽式CPC光学特性分析借助光学仿真软件LightTools，在不同预设参数下对槽式CPC的光学性能进行仿真计算。模拟结果可以为槽式CPC的实际应用及优化提供理论参考。3.1槽式CPC光线追迹令太阳方位角的跟踪误差为α，太阳高度角的跟踪误差为β。当槽式CPC没有跟踪误差时，α，β均为0。槽式CPC的光线接收率ηR（α，β）和聚光效率ηC（α，β）的计算式分别为ηR（α，β）=R
砻嫔系哪芰髅芏龋琖/m2。本文利用Solidworks软件建立CPC三维模型，并将该模型导入到LightTools中。本文在仿真计算过程中作如下假设：设定光源为面光源，光源投射面积与聚光器入光口面积相同；入射光线为等间距平行光束，光线数量为10000条，太阳辐照度平均值为800W/m2（这样可以保证此模拟过程与试验测试日太阳辐照度的实际值相接近），每条光线携带的能量相同，发射光谱近似为太阳光谱；抛物反射面的材质为铝，光学性质为镜面反射，反射率为0.9。当光线正向入射至槽式CPC时，该聚光器内部的光线追迹图如图3所示。由图3可知，光线沿着聚光器对称轴方向入射其内部。其中，一部分光线经3个抛物面反射后汇聚到玻璃真空管接收器表面，其余光线直接投射到玻璃真空管接收器表面，呈现对称分布状态。由此可知，理论分析结果与光线追迹结果相一致。3.2接收器位置对聚光性能的影响接收器的安放位置是决定聚光器聚光性能的关键因素之一，因此有必要研究接收器的位置与聚光器聚光性能之间的关系。本文在仿真计算过程中，设置玻璃真空管接收器的对称轴与槽式CPC的对称轴相重合，改变玻璃真空管接收器中心点与该聚光器底部之间的距离h，以分析该接收器的位置对该聚光器聚光性能的影响。此外，文本设定槽式CPC的对称轴与入射光线之间的夹角（以下简称为入射偏角）为10°。槽式CPC的光线接收率ηR和聚光效率ηC随h的变化情况如图4所示。由图4可知，随着h逐渐增加，槽式CPC的ηR和ηC均呈现出先增加后减小的变化趋势，且增加幅度较小，减小幅度较大。当h为90mm时，槽式CPC的ηR和ηC均为最大值，分别为65.54%，60.25%。4试验测试及结果分析4.1试验测试方法及仪器为了更准确地确定槽式CPC的光热转
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能建筑采暖系统槽式复合多曲面聚光器性能研究[J]. 贾柠泽,任志宏,常泽辉,李文龙,郑宏飞. 可再生能源. 2017(08)
[2]槽式太阳能聚光集热器传热性能研究[J]. 王修彦,韩露. 动力工程学报. 2017(04)
[3]槽式太阳能聚光集热器传热特性分析[J]. 王金平,王军,张耀明,毕小龙. 农业工程学报. 2015(07)
硕士论文
[1]用于建筑采暖的复合抛物面聚光集热装置性能研究[D]. 贾柠泽.内蒙古工业大学 2018
本文编号：3305738
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3305738.html
