屋顶瓦片式抛物面非跟踪太阳能聚集器光热传输特性研究
发布时间：2022-10-05 18:02
随建筑体量逐年增多与功能不断发展,降低建筑热水和空调能耗,构建太阳能光热转换与建筑一体化具有重要应用前景。本文根据非跟踪太阳能聚集传输几何光学原理,结合光热转换技术,研制了一种兼顾太阳能收集、雨水排泄、抑制顶层空调能耗的瓦片式非跟踪太阳能聚集器。采用理论分析、数值模拟与实验测量相结合技术手段,对该聚集器的非跟踪太阳能聚集传输与光热转换特性进行研究分析。首先根据太阳运动轨迹特性,结合二维抛物面聚集器光路定向辐射传输几何光学理论,提出一种二维长条形改进抛物面非跟踪聚集器结构设计方案。该非跟踪聚集器的吸热管在聚集器的顶部,在太阳角度较低的时候（早晨和傍晚）也能收集利用太阳辐射能。多个非跟踪聚集器组装在一起,形成波浪式屋顶瓦片结构。在此基础上,加工研制了瓦片式聚集器装置,建立了光热转换实验平台。建立非跟踪聚集器光路传输模型,考虑太阳光锥角、面型误差,安装角度,非跟踪倾斜入射角,采用蒙特卡洛射线踪迹法（MCRTM:Monte Carlo Ray Tracing Method）,对非跟踪聚集器的非跟踪太阳光聚集特性进行模拟分析,获得其不同时刻的动态聚集能流密度分布特性,为非跟踪聚集器的光热转换提供...
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 聚光型真空管集热器结构及光热性能研究现状
1.2.1 太阳能聚集器光路结构设计研究现状
1.2.2 太阳能聚集特性研究现状
1.2.3 光热转换特性研究现状
1.3 论文的研究内容及意义
1.3.1 研究主要内容
1.3.2 技术路线
1.3.3 研究方法和手段
1.3.4 研究的理论与实际意义
1.4 本文研究的特色与创新之处
第二章 瓦片式聚集器光路传输结构设计及研究方法
2.1 瓦片式聚集器结构设计
2.1.1 聚集器结构面型设计
2.1.2 瓦片式集热器结构方案
2.2 聚集器光路传输模拟MCRTM方法
2.2.1 蒙特卡洛法计算原理
2.2.2 蒙特卡洛法计算流程
2.3 热性能实验测量方案及研究方法
2.3.1 温度测量方案及主要仪器
2.3.2 流量测量方案
2.3.3 太阳辐射能测量方案及主要仪器
2.3.4 环境气象测量方案及主要仪器
2.3.5 热性能实验研究方法
2.4 本章小结
第三章 瓦片式聚集器动态太阳能聚集特性模拟研究
3.1 太阳光入射矢量动态特性分析
3.1.1 太阳角的计算
3.1.2 倾斜面上的太阳辐射能
3.1.3 福州地区计算结果分析
3.2 瓦片式聚集器的非跟踪光路分析模型
3.3 模型与程序的可靠性验证
3.4 瓦片式聚集器的非跟踪太阳能聚集基本特性
3.5 基本参数对非跟踪聚集能流分布的影响
3.6 面型误差与光学误差对非跟踪聚集能流分布的影响
3.7 本章小结
第四章 瓦片式聚光集热器光热转换特性模拟研究
4.1 传热物理模型
4.1.1 传热工作过程分析
4.1.2 简化假设条件
4.2 传热平衡控制方程
4.2.1 传热流体热平衡控制方程
4.2.2 玻璃套管内管热平衡控制方程
4.2.3 玻璃套管外管热平衡控制方程
4.3 集热管温度场的数值求解
4.3.1 计算区域离散化
4.3.2 建立关于节点温度的离散方程
4.3.3 求解离散方程组的TDMA算法
4.3.4 集热管温度场数值计算流程
4.4 模拟结果分析
4.4.1 模型的验证
4.4.2 集热管温度场分布对比
4.4.3 集热管温度场分布及热效率
4.5 本章小结
第五章 瓦片式聚光集热器热性能及对比实验研究
5.1 热性能及对比实验平台研制分析
5.1.1 瓦式抛物面槽式集热器研制
5.1.2 水泵
5.2 实验测量前的准备
5.3 热性能及对比实验测量
5.3.1 瓦式集热器热性能及对比实验台
5.3.2 实验测量过程
5.3.3 测量结果的不确定度分析
5.3.4 测量结果分析
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
个人简历
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]瓦式集热器光路传输优化设计及性能分析[J]. 张慈枝,侯根富,戴贵龙,叶靖. 福建工程学院学报. 2017(04)
[2]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)
[3]建筑一体化电热冷联产光伏组件能量特性研究[J]. 朱丽,李建,孙勇,杨洋. 建筑节能. 2017(04)
[4]太阳能空调的技术现状与发展[J]. 杨俊斌,耿世彬. 洁净与空调技术. 2017(01)
[5]基于Matlab的槽式太阳能集热器二维传热模型效率分析[J]. 陈玉英. 兰州交通大学学报. 2017(01)
[6]太阳能集热器最佳倾角确定及计算方法比较[J]. 侯根富,张慈枝,戴贵龙,叶靖. 福建工程学院学报. 2016(06)
[7]碟式太阳能聚光器的研究现状及展望[J]. 王林军,罗彬,邓煜,张东,吕耀平,陈艳娟. 中国农机化学报. 2016(12)
[8]槽式太阳能集热器传热模型及性能分析[J]. 陈玉英. 土木建筑与环境工程. 2016(04)
[9]槽式太阳能聚光器研究进展[J]. 郑建涛,张剑寒,余强,徐二树. 太阳能. 2015(08)
[10]一种复合抛物面槽式太阳能聚光集热器的性能研究[J]. 侯静,郑宏飞,常泽辉,于苗苗. 可再生能源. 2015(07)
博士论文
[1]真空管型太阳能热水器与中温集热器热性能研究[D]. 张昕宇.天津大学 2015
[2]非跟踪型太阳能聚光器的优化分析和实验研究[D]. 李桂强.中国科学技术大学 2013
[3]碟式聚光太阳能热发电系统用斯特林发动机的研制[D]. 李铁.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
硕士论文
[1]太阳能热水系统在住宅建筑中的应用研究[D]. 程明航.河北科技大学 2017
[2]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
[3]基于CPC集热器驱动的太阳能空调系统性能研究[D]. 庄滨玮.云南师范大学 2016
[4]太阳能热水系统与建筑屋顶一体化结构的设计[D]. 梁春华.广东工业大学 2015
[5]太阳能光热利用与坡屋顶结构一体化研究[D]. 张政.长沙理工大学 2014
[6]长沙地区太阳能热水系统与建筑一体化研究[D]. 丁小晓.湖南大学 2013
[7]山东省太阳能热水系统与住宅一体化设计应用研究[D]. 刘宇.山东建筑大学 2013
[8]槽式太阳集热器热性能研究[D]. 周传文.华北电力大学 2013
[9]槽式太阳能热发电装置跟踪控制系统研究[D]. 尹丹.哈尔滨工业大学 2012
[10]山东省太阳能热水系统与建筑一体化设计研究[D]. 魏瑞涵.山东建筑大学 2012
本文编号：3686247
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 聚光型真空管集热器结构及光热性能研究现状
1.2.1 太阳能聚集器光路结构设计研究现状
1.2.2 太阳能聚集特性研究现状
1.2.3 光热转换特性研究现状
1.3 论文的研究内容及意义
1.3.1 研究主要内容
1.3.2 技术路线
1.3.3 研究方法和手段
1.3.4 研究的理论与实际意义
1.4 本文研究的特色与创新之处
第二章 瓦片式聚集器光路传输结构设计及研究方法
2.1 瓦片式聚集器结构设计
2.1.1 聚集器结构面型设计
2.1.2 瓦片式集热器结构方案
2.2 聚集器光路传输模拟MCRTM方法
2.2.1 蒙特卡洛法计算原理
2.2.2 蒙特卡洛法计算流程
2.3 热性能实验测量方案及研究方法
2.3.1 温度测量方案及主要仪器
2.3.2 流量测量方案
2.3.3 太阳辐射能测量方案及主要仪器
2.3.4 环境气象测量方案及主要仪器
2.3.5 热性能实验研究方法
2.4 本章小结
第三章 瓦片式聚集器动态太阳能聚集特性模拟研究
3.1 太阳光入射矢量动态特性分析
3.1.1 太阳角的计算
3.1.2 倾斜面上的太阳辐射能
3.1.3 福州地区计算结果分析
3.2 瓦片式聚集器的非跟踪光路分析模型
3.3 模型与程序的可靠性验证
3.4 瓦片式聚集器的非跟踪太阳能聚集基本特性
3.5 基本参数对非跟踪聚集能流分布的影响
3.6 面型误差与光学误差对非跟踪聚集能流分布的影响
3.7 本章小结
第四章 瓦片式聚光集热器光热转换特性模拟研究
4.1 传热物理模型
4.1.1 传热工作过程分析
4.1.2 简化假设条件
4.2 传热平衡控制方程
4.2.1 传热流体热平衡控制方程
4.2.2 玻璃套管内管热平衡控制方程
4.2.3 玻璃套管外管热平衡控制方程
4.3 集热管温度场的数值求解
4.3.1 计算区域离散化
4.3.2 建立关于节点温度的离散方程
4.3.3 求解离散方程组的TDMA算法
4.3.4 集热管温度场数值计算流程
4.4 模拟结果分析
4.4.1 模型的验证
4.4.2 集热管温度场分布对比
4.4.3 集热管温度场分布及热效率
4.5 本章小结
第五章 瓦片式聚光集热器热性能及对比实验研究
5.1 热性能及对比实验平台研制分析
5.1.1 瓦式抛物面槽式集热器研制
5.1.2 水泵
5.2 实验测量前的准备
5.3 热性能及对比实验测量
5.3.1 瓦式集热器热性能及对比实验台
5.3.2 实验测量过程
5.3.3 测量结果的不确定度分析
5.3.4 测量结果分析
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
个人简历
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]瓦式集热器光路传输优化设计及性能分析[J]. 张慈枝,侯根富,戴贵龙,叶靖. 福建工程学院学报. 2017(04)
[2]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)
[3]建筑一体化电热冷联产光伏组件能量特性研究[J]. 朱丽,李建,孙勇,杨洋. 建筑节能. 2017(04)
[4]太阳能空调的技术现状与发展[J]. 杨俊斌,耿世彬. 洁净与空调技术. 2017(01)
[5]基于Matlab的槽式太阳能集热器二维传热模型效率分析[J]. 陈玉英. 兰州交通大学学报. 2017(01)
[6]太阳能集热器最佳倾角确定及计算方法比较[J]. 侯根富,张慈枝,戴贵龙,叶靖. 福建工程学院学报. 2016(06)
[7]碟式太阳能聚光器的研究现状及展望[J]. 王林军,罗彬,邓煜,张东,吕耀平,陈艳娟. 中国农机化学报. 2016(12)
[8]槽式太阳能集热器传热模型及性能分析[J]. 陈玉英. 土木建筑与环境工程. 2016(04)
[9]槽式太阳能聚光器研究进展[J]. 郑建涛,张剑寒,余强,徐二树. 太阳能. 2015(08)
[10]一种复合抛物面槽式太阳能聚光集热器的性能研究[J]. 侯静,郑宏飞,常泽辉,于苗苗. 可再生能源. 2015(07)
博士论文
[1]真空管型太阳能热水器与中温集热器热性能研究[D]. 张昕宇.天津大学 2015
[2]非跟踪型太阳能聚光器的优化分析和实验研究[D]. 李桂强.中国科学技术大学 2013
[3]碟式聚光太阳能热发电系统用斯特林发动机的研制[D]. 李铁.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
硕士论文
[1]太阳能热水系统在住宅建筑中的应用研究[D]. 程明航.河北科技大学 2017
[2]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
[3]基于CPC集热器驱动的太阳能空调系统性能研究[D]. 庄滨玮.云南师范大学 2016
[4]太阳能热水系统与建筑屋顶一体化结构的设计[D]. 梁春华.广东工业大学 2015
[5]太阳能光热利用与坡屋顶结构一体化研究[D]. 张政.长沙理工大学 2014
[6]长沙地区太阳能热水系统与建筑一体化研究[D]. 丁小晓.湖南大学 2013
[7]山东省太阳能热水系统与住宅一体化设计应用研究[D]. 刘宇.山东建筑大学 2013
[8]槽式太阳集热器热性能研究[D]. 周传文.华北电力大学 2013
[9]槽式太阳能热发电装置跟踪控制系统研究[D]. 尹丹.哈尔滨工业大学 2012
[10]山东省太阳能热水系统与建筑一体化设计研究[D]. 魏瑞涵.山东建筑大学 2012
本文编号：3686247
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