槽式聚焦太阳能集热器及其应用研究
发布时间:2021-09-17 07:02
槽式聚焦太阳能集热器作为中高温集热器的一种,能够获得较高的集热温度,可用于发电、制冷空调、采暖、海水淡化等生产和生活领域。传统槽式太阳能集热装置吸收器采用真空玻璃管结构,即内管采用金属管,管内走加热介质,金属管外涂覆选择性吸收涂层,再外面为玻璃管,玻璃管与金属管间抽真空以抑制对流和传导热损失。由于玻璃和金属封接膨胀系数不同,这种结构的吸收器目前成本高,使用寿命较短,可靠性受到影响。本文提出一种腔体吸收器结构,不采用玻璃真空管结构,而通过辐射腔体换热原理抑制吸收器辐射和对流损失,实现了较好效果。论文对可利用于槽式聚焦型太阳能集热器的4种腔体式吸收器做了较详细的分析,这四种腔体结构分别为:三角形,正方形,圆形和半圆形。开展了包括基于FLUENT的热性能和基于TracePro的光学性能建模和分析。热性能分析包括不同吸热面温度(90℃和150℃)、倾斜角α以及不同形状玻璃盖层对热损失的影响.搭建了以菲涅尔透镜为聚光器的光学效率测试和最佳开口宽度测试实验装置。研究发现,三角形腔体具有最佳的光学效率.此外各腔体的热损失测试发现三角形腔体的热性能最好。当α=180,Ti=90℃(进口温度),且聚光开...
【文章来源】:上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:90 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
德国Flagsol公司开发的槽式太阳能集热器
使用直通式的真空管或者金属管作为吸收器。它由表面镀有太阳选择性膜层的钢管及玻璃外套管组成,而且钢管与套管之间为真空,以减少对流和传导热损失,如图1-2。真空管吸收器的优点为:吸收管无对流损失,有选择性涂层,对阳光的吸收率很高,而其在工作温度下的发射率很低。其缺点为:为保持长期高真空及选择性涂层的稳定性,工艺复杂,成本高,较大的流通断面造成工作流体的雷诺数较低,即从管壁至流体的换热系数较低,加之吸热管上的热密度大,故造成管壁与工作流体的温差加大,增大了热损失[26]。图1-2真空管吸收器Fig.1-2 Schematic diagram of vacuum tube absorber除了真空管外,腔体式吸收器也是目前聚焦式集热器中用到的另一种吸收装置。腔体吸收器为一槽形腔体,外表面包有隔热材料。由于腔体的黑体效应,使其能充分吸收聚焦后的太阳光。其优点为:经聚焦的辐射热流几乎均匀地分布在腔体内壁,与真空管吸收器相比,具有较低的投射辐射能流密度。也使开口的有效温度降低
Fig.1-3 Schematic diagram of bushing and tube nest cavity absorber侴乔力等还通过热阻网络法对环套,管簇结构的腔体吸收器与真空管吸收器的热损失和热效率进行数值分析比较,如图1-3所示.设计参数如下:管簇式结构中内管直径15mm, 数量为7根;腔体半径0.1m;吸收器开口宽度10cm;槽式聚光器(吸收器)长度5m,开口宽度4m,焦距1.8m;保温材料为玻璃纤维导热系数0.043W/m.K。腔体内表面(吸热面)表面发射率和吸收率均为0.5。环套结构腔体内径200mm,环宽度为5mm。其余与管簇结构相同.真空管内径为100mm,外径180mm,管内工质流速0.63m/s。结果发现每种吸收器的单位长度热损失均随着工质平均温度增大而上升,真空管的热损失大于管簇结构,管簇结构又大于环套结构。集热效率则随着温度的增大而降低,当温度大于230℃,腔体吸收器的集热效率大于真空管.温度大于130℃,真空管集热效率呈非线性下凹曲线相比与腔体吸收器的线性曲线其下降速率显著。因此,对于中高温集热温度(大于130℃),腔体吸收器热性能优于真空管。目前中国科技大学所研究的腔体吸收器都以 Barra 文中的圆形结构为基础,从改善工质和管壁间的换热效果出发,提出了内管与腔体内壁相焊接的管簇结构和环套两种结构,降低了腔体内壁温度和总体热损失,因此在腔体吸收器的研究中存在几何结构上的局限性。1.3 本文主要内容本文从换热性能较好的管簇结构出发
【参考文献】:
期刊论文
[1]中温太阳集热器系统热状态特性数值模拟的三维动态热网络实验验证[J]. 妞乔力,徐光,李新秋,葛新石. 太阳能学报. 1999(02)
[2]腔体式吸收器与真空管吸收器的热性能比较[J]. 剑乔力,葛新石,程曙霞,李业发. 热能动力工程. 1996(05)
[3]太阳吸收涂层与真空集热管的热性能[J]. 殷志强,严习元,陈腾华,赵铁松,安瑞红,唐轩. 太阳能学报. 1996(01)
[4]表征漫射体反射特性的一个重要物理参数——双向反射分布函数[J]. 黄润. 光学机械. 1988(01)
本文编号:3398204
【文章来源】:上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:90 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
德国Flagsol公司开发的槽式太阳能集热器
使用直通式的真空管或者金属管作为吸收器。它由表面镀有太阳选择性膜层的钢管及玻璃外套管组成,而且钢管与套管之间为真空,以减少对流和传导热损失,如图1-2。真空管吸收器的优点为:吸收管无对流损失,有选择性涂层,对阳光的吸收率很高,而其在工作温度下的发射率很低。其缺点为:为保持长期高真空及选择性涂层的稳定性,工艺复杂,成本高,较大的流通断面造成工作流体的雷诺数较低,即从管壁至流体的换热系数较低,加之吸热管上的热密度大,故造成管壁与工作流体的温差加大,增大了热损失[26]。图1-2真空管吸收器Fig.1-2 Schematic diagram of vacuum tube absorber除了真空管外,腔体式吸收器也是目前聚焦式集热器中用到的另一种吸收装置。腔体吸收器为一槽形腔体,外表面包有隔热材料。由于腔体的黑体效应,使其能充分吸收聚焦后的太阳光。其优点为:经聚焦的辐射热流几乎均匀地分布在腔体内壁,与真空管吸收器相比,具有较低的投射辐射能流密度。也使开口的有效温度降低
Fig.1-3 Schematic diagram of bushing and tube nest cavity absorber侴乔力等还通过热阻网络法对环套,管簇结构的腔体吸收器与真空管吸收器的热损失和热效率进行数值分析比较,如图1-3所示.设计参数如下:管簇式结构中内管直径15mm, 数量为7根;腔体半径0.1m;吸收器开口宽度10cm;槽式聚光器(吸收器)长度5m,开口宽度4m,焦距1.8m;保温材料为玻璃纤维导热系数0.043W/m.K。腔体内表面(吸热面)表面发射率和吸收率均为0.5。环套结构腔体内径200mm,环宽度为5mm。其余与管簇结构相同.真空管内径为100mm,外径180mm,管内工质流速0.63m/s。结果发现每种吸收器的单位长度热损失均随着工质平均温度增大而上升,真空管的热损失大于管簇结构,管簇结构又大于环套结构。集热效率则随着温度的增大而降低,当温度大于230℃,腔体吸收器的集热效率大于真空管.温度大于130℃,真空管集热效率呈非线性下凹曲线相比与腔体吸收器的线性曲线其下降速率显著。因此,对于中高温集热温度(大于130℃),腔体吸收器热性能优于真空管。目前中国科技大学所研究的腔体吸收器都以 Barra 文中的圆形结构为基础,从改善工质和管壁间的换热效果出发,提出了内管与腔体内壁相焊接的管簇结构和环套两种结构,降低了腔体内壁温度和总体热损失,因此在腔体吸收器的研究中存在几何结构上的局限性。1.3 本文主要内容本文从换热性能较好的管簇结构出发
【参考文献】:
期刊论文
[1]中温太阳集热器系统热状态特性数值模拟的三维动态热网络实验验证[J]. 妞乔力,徐光,李新秋,葛新石. 太阳能学报. 1999(02)
[2]腔体式吸收器与真空管吸收器的热性能比较[J]. 剑乔力,葛新石,程曙霞,李业发. 热能动力工程. 1996(05)
[3]太阳吸收涂层与真空集热管的热性能[J]. 殷志强,严习元,陈腾华,赵铁松,安瑞红,唐轩. 太阳能学报. 1996(01)
[4]表征漫射体反射特性的一个重要物理参数——双向反射分布函数[J]. 黄润. 光学机械. 1988(01)
本文编号:3398204
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