复合抛物面太阳能聚光集热系统热性能研究
发布时间：2021-11-04 15:18
能源已经成为国家的经济命脉,而地球上的化石能源是有限的,且可开采年限随工业化进程的加快在急剧减少,由此导致世界能源危机日益加剧。同时,在工业化进程中使用化石能源,会产生一系列的环境污染问题。而太阳能是多种可再生能源的源泉,在对太阳能光热利用过程中,也会受到太阳能所具有的能流密度低、供能间歇、季节供能差异大等缺陷的限制。因此,可以通过聚光技术来提高太阳能的供能能流密度,其中,复合抛物面聚光器（CPC,Compound Parabolic Concentrator）具有对追日跟踪精度要求低、接收体位置与聚光器重心可重合、内聚光、维护方便、可吸收部分散射光等特点而受到研究人员的关注。为此,本文设计了一种新型复合抛物面聚光器,并对影响聚光器性能的因素展开光学分析和试验测试。基于此,搭建了复合抛物面太阳能聚光集热测试系统,研究了系统的热性能。首先,设计了固定尺寸接收体复合抛物面聚光器,建立三维模型,利用Light Tools对单层玻璃管内平板接收体安装位置和入射偏角对复合抛物面聚光器光学性能影响进行光学仿真研究,得到:当入射偏角分别为0°和12°时,复合抛物面聚光器光线接收率和聚光效率均随接收体...
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界太阳能资源分布[3]
第一章绪论5张维蔚等[7]利用热管式真空管设计了一套可加热水温最高为473K的槽式太阳能聚光集热系统，在对该系统传热性能展开研究时建立了系统的一维传热过程数学模型。研究结果表明，该系统瞬时聚光集热效率高于70%，且当太阳辐照度和环境温度升高时聚光集热效率也升高，但当流体温度和风速升高时，聚光集热效率反而降低。同时，系统传热性能随环形区域压力和渗入气体种类变化而发生变化，当环形区域压力P<10–3Pa时，接收体热损失较小；当P>10–3Pa时，随着环形区域压力升高，接收体热损失逐渐增大。1.2.2塔式太阳能聚光器塔式太阳能聚光器是基于地面建立的中央吸收高塔，并在中央吸收高塔顶部布置接收体，而中央吸收高塔四周布置定口镜群。入射光线被中央吸收高塔四周布置的定口镜群反射到塔顶部的接收体上，通过热传导将接收体内的熔盐或导热油等工质加热进行利用或储存起来实现光热转化，塔式太阳能聚光器由于聚光比较大而工质温度较高，常用来发电，但仍在工程示范阶段。如图1-3为塔式太阳能聚光器。图1-3塔式太阳能聚光器Fig.1-3Towersolarenergyconcentrator塔式太阳能聚光器未被推广使用主要受以下几方面因素限制：定日镜场的每一面反射镜都需要不同的控制跟踪策略以确保反射光线被中央吸收高塔顶部的接收体汇聚接收，跟踪策略复杂；为达到目标温度，就需较大面积的定日镜场，导致塔式太阳能聚光器占地面积大，也增加了其建造成本；接收体位于中央吸收高塔的顶部，不利于维修与更换。1.2.3碟式太阳能聚光器碟式太阳能聚光器是由抛物反射面绕其对称轴进行旋转形成的，聚光方式为点聚
内蒙古工业大学硕士学位论文6焦式，可将入射太阳光线反射汇聚于焦点，形成高密度太阳能，碟式太阳能聚光器主要包括抛物反射面、跟踪器和接收体等[8,9]。碟式太阳能聚光器如图1-4所示。NatarajanSK等[10]对碟式太阳能聚光器的双轴跟踪系统进行了研究，并对跟踪系统的性能进行了试验测试研究。为了评估所提出的系统的性能，在焦点处放置光伏电池作为接收体，并测量短路电流，该跟踪系统可使短路电流提高86%。但碟式聚光技术还不成熟，对其继续研发推广使用还有很大空间。图1-4碟式太阳能聚光器Fig.1-4Dishsolarenergyconcentrator1.2.4菲涅尔聚光器菲涅尔聚光器种类偏多，一般可分为点聚焦菲涅尔透射式聚光器、线性菲涅尔透射式聚光器和线性菲涅尔反射式聚光器。(1)点聚焦菲涅尔透射式聚光器XuN等[11]对点聚焦菲涅尔透射式聚光器进行了研究。建立了二维稳态传热模型。将模拟结果与试验结果进行比较，具有较好的一致性。该点聚焦菲涅尔透射式聚光器的热学效率为60%。Xie等[12]研制了一种具有不同腔体接收体的点聚焦菲涅尔透射式聚光器，研究了不同空腔接收体的热损失，试验结果和数值计算结果均表明，存在最优的接收体形状为锥形空腔接收体，其热效率较高而热损失较低，相比于其他接收体传热性能更好。WangH等[13]提出了一种基于固定焦距的点聚焦菲涅尔透射式聚光太阳灶。为了提高其光学效率，采用底部反射锥的空腔接收体作为固定接收体。为了优化系统和接收体的光学性能，研究了接收体参数对系统性能的影响。分析表明，采用球面、圆柱形、圆锥形底部反射锥的空腔接收体的平均光学效率分别为72.23%、68.37%和76.40%，而常规空腔接收体的平均光学效率分别为68.49%、31.91%和74.61%。相比显著增加3.74%、36.46%和1.79%。此外，与其
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于菲涅尔二次反射塔式太阳能聚光系统的新型吸收器集热性能实验研究[J]. 马玄,章代红,代彦军,李显,黄官正,王如竹. 太阳能学报. 2019(07)
[2]新型圆形吸收体太阳能复合抛物聚光器面形构建及光学分析[J]. 陈飞,高崇,杨春曦,李才对,别玉. 光学学报. 2019(06)
[3]非对称Lens-walled CPC设计与光学性能模拟研究[J]. 宣庆东,李桂强,裴刚,季杰,郑宏飞. 太阳能学报. 2018(08)
[4]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)
[5]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)
[6]平板吸收体非对称复合抛物聚光器结构及特性研究[J]. 章波,陈飞,段鹏飞,杨春曦,别玉. 光学学报. 2017(12)
[7]圆形吸收体复合抛物聚光器面形模型研究及仿真验证[J]. 段鹏飞,桂特特,陈飞,杨春曦,别玉. 光学学报. 2017(06)
[8]三运动复合线性菲涅耳反射式太阳聚光系统的性能研究[J]. 戴静,郑宏飞,冯朝卿. 北京理工大学学报. 2016(05)
[9]一种新型多曲面复合槽式太阳能集热器的理论分析[J]. 薛晓迪,郑宏飞,陶涛,谢果,何开岩. 太阳能学报. 2011(06)
[10]一种新型光纤导光照明系统的性能研究[J]. 薛晓迪,郑宏飞,马燕燕,胡振华. 北京理工大学学报. 2010(11)
硕士论文
[1]碟式聚光太阳能集热器的性能分析及试验装置设计[D]. 宋佳.华中科技大学 2012
本文编号：3475990
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界太阳能资源分布[3]
第一章绪论5张维蔚等[7]利用热管式真空管设计了一套可加热水温最高为473K的槽式太阳能聚光集热系统，在对该系统传热性能展开研究时建立了系统的一维传热过程数学模型。研究结果表明，该系统瞬时聚光集热效率高于70%，且当太阳辐照度和环境温度升高时聚光集热效率也升高，但当流体温度和风速升高时，聚光集热效率反而降低。同时，系统传热性能随环形区域压力和渗入气体种类变化而发生变化，当环形区域压力P<10–3Pa时，接收体热损失较小；当P>10–3Pa时，随着环形区域压力升高，接收体热损失逐渐增大。1.2.2塔式太阳能聚光器塔式太阳能聚光器是基于地面建立的中央吸收高塔，并在中央吸收高塔顶部布置接收体，而中央吸收高塔四周布置定口镜群。入射光线被中央吸收高塔四周布置的定口镜群反射到塔顶部的接收体上，通过热传导将接收体内的熔盐或导热油等工质加热进行利用或储存起来实现光热转化，塔式太阳能聚光器由于聚光比较大而工质温度较高，常用来发电，但仍在工程示范阶段。如图1-3为塔式太阳能聚光器。图1-3塔式太阳能聚光器Fig.1-3Towersolarenergyconcentrator塔式太阳能聚光器未被推广使用主要受以下几方面因素限制：定日镜场的每一面反射镜都需要不同的控制跟踪策略以确保反射光线被中央吸收高塔顶部的接收体汇聚接收，跟踪策略复杂；为达到目标温度，就需较大面积的定日镜场，导致塔式太阳能聚光器占地面积大，也增加了其建造成本；接收体位于中央吸收高塔的顶部，不利于维修与更换。1.2.3碟式太阳能聚光器碟式太阳能聚光器是由抛物反射面绕其对称轴进行旋转形成的，聚光方式为点聚
内蒙古工业大学硕士学位论文6焦式，可将入射太阳光线反射汇聚于焦点，形成高密度太阳能，碟式太阳能聚光器主要包括抛物反射面、跟踪器和接收体等[8,9]。碟式太阳能聚光器如图1-4所示。NatarajanSK等[10]对碟式太阳能聚光器的双轴跟踪系统进行了研究，并对跟踪系统的性能进行了试验测试研究。为了评估所提出的系统的性能，在焦点处放置光伏电池作为接收体，并测量短路电流，该跟踪系统可使短路电流提高86%。但碟式聚光技术还不成熟，对其继续研发推广使用还有很大空间。图1-4碟式太阳能聚光器Fig.1-4Dishsolarenergyconcentrator1.2.4菲涅尔聚光器菲涅尔聚光器种类偏多，一般可分为点聚焦菲涅尔透射式聚光器、线性菲涅尔透射式聚光器和线性菲涅尔反射式聚光器。(1)点聚焦菲涅尔透射式聚光器XuN等[11]对点聚焦菲涅尔透射式聚光器进行了研究。建立了二维稳态传热模型。将模拟结果与试验结果进行比较，具有较好的一致性。该点聚焦菲涅尔透射式聚光器的热学效率为60%。Xie等[12]研制了一种具有不同腔体接收体的点聚焦菲涅尔透射式聚光器，研究了不同空腔接收体的热损失，试验结果和数值计算结果均表明，存在最优的接收体形状为锥形空腔接收体，其热效率较高而热损失较低，相比于其他接收体传热性能更好。WangH等[13]提出了一种基于固定焦距的点聚焦菲涅尔透射式聚光太阳灶。为了提高其光学效率，采用底部反射锥的空腔接收体作为固定接收体。为了优化系统和接收体的光学性能，研究了接收体参数对系统性能的影响。分析表明，采用球面、圆柱形、圆锥形底部反射锥的空腔接收体的平均光学效率分别为72.23%、68.37%和76.40%，而常规空腔接收体的平均光学效率分别为68.49%、31.91%和74.61%。相比显著增加3.74%、36.46%和1.79%。此外，与其
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于菲涅尔二次反射塔式太阳能聚光系统的新型吸收器集热性能实验研究[J]. 马玄,章代红,代彦军,李显,黄官正,王如竹. 太阳能学报. 2019(07)
[2]新型圆形吸收体太阳能复合抛物聚光器面形构建及光学分析[J]. 陈飞,高崇,杨春曦,李才对,别玉. 光学学报. 2019(06)
[3]非对称Lens-walled CPC设计与光学性能模拟研究[J]. 宣庆东,李桂强,裴刚,季杰,郑宏飞. 太阳能学报. 2018(08)
[4]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)
[5]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)
[6]平板吸收体非对称复合抛物聚光器结构及特性研究[J]. 章波,陈飞,段鹏飞,杨春曦,别玉. 光学学报. 2017(12)
[7]圆形吸收体复合抛物聚光器面形模型研究及仿真验证[J]. 段鹏飞,桂特特,陈飞,杨春曦,别玉. 光学学报. 2017(06)
[8]三运动复合线性菲涅耳反射式太阳聚光系统的性能研究[J]. 戴静,郑宏飞,冯朝卿. 北京理工大学学报. 2016(05)
[9]一种新型多曲面复合槽式太阳能集热器的理论分析[J]. 薛晓迪,郑宏飞,陶涛,谢果,何开岩. 太阳能学报. 2011(06)
[10]一种新型光纤导光照明系统的性能研究[J]. 薛晓迪,郑宏飞,马燕燕,胡振华. 北京理工大学学报. 2010(11)
硕士论文
[1]碟式聚光太阳能集热器的性能分析及试验装置设计[D]. 宋佳.华中科技大学 2012
本文编号：3475990
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