CPC微通道太阳能集热器聚光特性及热性能数值研究
发布时间：2022-01-12 16:02
太阳光线经复合抛物面聚光器（Compound Parabolic Concentrator,CPC）反射,会在吸热器表面圆周方向形成非均匀热流密度分布。当CPC聚光倍数大,吸热器表面会出现强度较大的热流峰值,造成吸热器壁面温度分布差值较大,这会引起吸热器热应力变形、吸热器表面吸收涂层破坏等严重后果。所以怎样均化吸热器表面热流密度分布或者怎样使吸热器壁面温度分布更加均匀成为聚光太阳能集热器研究热点。基于此,提出并设计了一种新型CPC微通道太阳能集热器。微通道吸热器的尺度效应会均化吸热器温度分布。采用热平衡法对集热器传热过程进行理论分析。并建立了板式CPC微通道太阳能集热器模型,利用光学分析软件Tracepro和Matlab自编程序对CPC微通道太阳能集热器在不同光线入射角度、CPC聚光比和截短比下的聚光特性进行了研究。在此基础上,搭建微通道吸热器数值计算模型,研究非均匀热流密度分布下吸热器温度分布规律。并建立集热器整机数值计算模型,研究环境温度、入口水温、水流速度和吸热器长度对整机集热性能的影响规律。主要内容和结论如下:（1）对竖板CPC微通道太阳能集热器聚光特性进行模拟研究,结果显示:...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种常见聚光型太阳能发电生产图（图片来自网络）
第1章绪论7面热阻更小，换热效果更好。但是，由于加工复杂，目前研究中微通道截面形状还是以矩形和圆形截面为主。（2）微通道结构优化学者就如何优化微通道换热器结构，提高换热性能展开研究。Chai[54]等对壁面具有偏置肋片的微通道进行数值建模研究，偏置肋片微通道示意图如图1-3所示。结果表明，与常规光滑壁面微通道换热器相比，优化后的微通道换热效果显著增强，压降更大。在该文研究范围内（190<Re<838），偏置肋片微通道换热器Nu数是常规光滑壁面微通道换热器的1.42~1.95倍，摩擦系数是后者的1.93~4.57倍，性能评价指标是后者的1.02~1.48倍。图1-3偏置肋片微通道示意图[54]Fig.1-3SchematicdiagramofbiasedfinmicrochannelWang等[55]提出一种应用于芯片冷却的小尺度带肋槽微通道散热器，结构示意图如图1-4所示。通过实验和数值模拟方法，比较Re数在100~1000范围内带肋槽微通道散热器与常规光滑壁面矩形微通道散热器的冷却效果。结果显示，微通道表面的肋槽加强了壁面处换热工质的流动混合，从而提升了换热性能，降低了壁面温度。带肋槽微通道的Nu数是光滑壁面微通道的1.11~1.55倍。当带肋槽微通道的相对肋片高度分别为0.6、0.73和0.85时，摩擦系数分别比光滑壁面微通道大0.38、2.16和4.09倍。图1-4带肋槽微通道散热器结构示意图[55]Fig.1-4SchematicdiagramofribbedmicrochannelradiatorstructureAhmed等[56]设计了一种沟槽微通道换热器，如图1-5所示。采用三维数值模拟方法，研究了几何参数对微通道层流流动和强迫对流换热特性的影响，优化微
第1章绪论7面热阻更小，换热效果更好。但是，由于加工复杂，目前研究中微通道截面形状还是以矩形和圆形截面为主。（2）微通道结构优化学者就如何优化微通道换热器结构，提高换热性能展开研究。Chai[54]等对壁面具有偏置肋片的微通道进行数值建模研究，偏置肋片微通道示意图如图1-3所示。结果表明，与常规光滑壁面微通道换热器相比，优化后的微通道换热效果显著增强，压降更大。在该文研究范围内（190<Re<838），偏置肋片微通道换热器Nu数是常规光滑壁面微通道换热器的1.42~1.95倍，摩擦系数是后者的1.93~4.57倍，性能评价指标是后者的1.02~1.48倍。图1-3偏置肋片微通道示意图[54]Fig.1-3SchematicdiagramofbiasedfinmicrochannelWang等[55]提出一种应用于芯片冷却的小尺度带肋槽微通道散热器，结构示意图如图1-4所示。通过实验和数值模拟方法，比较Re数在100~1000范围内带肋槽微通道散热器与常规光滑壁面矩形微通道散热器的冷却效果。结果显示，微通道表面的肋槽加强了壁面处换热工质的流动混合，从而提升了换热性能，降低了壁面温度。带肋槽微通道的Nu数是光滑壁面微通道的1.11~1.55倍。当带肋槽微通道的相对肋片高度分别为0.6、0.73和0.85时，摩擦系数分别比光滑壁面微通道大0.38、2.16和4.09倍。图1-4带肋槽微通道散热器结构示意图[55]Fig.1-4SchematicdiagramofribbedmicrochannelradiatorstructureAhmed等[56]设计了一种沟槽微通道换热器，如图1-5所示。采用三维数值模拟方法，研究了几何参数对微通道层流流动和强迫对流换热特性的影响，优化微
【参考文献】：
期刊论文
[1]2015～2022年中国太阳能热发电发展情景分析及预测[J]. 王志峰,杜凤丽. 太阳能. 2019(11)
[2]非均匀热流密度下槽式集热器吸热管热应力分析[J]. 耿聪,薛奇成,张维蔚,程龙. 热能动力工程. 2019(03)
[3]A review of concentrated photovoltaic-thermal（CPVT） hybrid solar systems with waste heat recovery（WHR）[J]. Xing Ju,Chao Xu,Zhirong Liao,Xiaoze Du,Gaosheng Wei,Zhifeng Wang,Yongping Yang. Science Bulletin. 2017(20)
[4]开孔折流板型太阳能空气集热器流动传热特性研究[J]. 胡建军,马龙,刘凯彤,孙喜山. 热能动力工程. 2017(10)
[5]太阳能采暖在山西省的适用性研究[J]. 杨凡. 山西建筑. 2017(18)
[6]聚光型太阳能热发电系统非均匀辐射能流特性及解决方法的研究进展[J]. 何雅玲,王坤,杜保存,邱羽,郑章靖,梁奇. 科学通报. 2016(30)
[7]三角形微通道内纳米流体流动与换热特性[J]. 刘冉,夏国栋,杜墨. 化工学报. 2016(12)
[8]微通道换热器的研究及应用现状[J]. 葛洋,姜未汀. 化工进展. 2016(S1)
[9]一种新型CPC聚光热电联产系统[J]. 封昌选,张红,许辉,吴菲. 可再生能源. 2014(05)
[10]微通道换热器研究进展[J]. 钟毅,尹建成,潘晟旻. 制冷与空调. 2009(05)
硕士论文
[1]CPC优化设计及对脉动热管太阳能集热器运行特性影响研究[D]. 闫美玉.北京建筑大学 2018
本文编号：3585062
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种常见聚光型太阳能发电生产图（图片来自网络）
第1章绪论7面热阻更小，换热效果更好。但是，由于加工复杂，目前研究中微通道截面形状还是以矩形和圆形截面为主。（2）微通道结构优化学者就如何优化微通道换热器结构，提高换热性能展开研究。Chai[54]等对壁面具有偏置肋片的微通道进行数值建模研究，偏置肋片微通道示意图如图1-3所示。结果表明，与常规光滑壁面微通道换热器相比，优化后的微通道换热效果显著增强，压降更大。在该文研究范围内（190<Re<838），偏置肋片微通道换热器Nu数是常规光滑壁面微通道换热器的1.42~1.95倍，摩擦系数是后者的1.93~4.57倍，性能评价指标是后者的1.02~1.48倍。图1-3偏置肋片微通道示意图[54]Fig.1-3SchematicdiagramofbiasedfinmicrochannelWang等[55]提出一种应用于芯片冷却的小尺度带肋槽微通道散热器，结构示意图如图1-4所示。通过实验和数值模拟方法，比较Re数在100~1000范围内带肋槽微通道散热器与常规光滑壁面矩形微通道散热器的冷却效果。结果显示，微通道表面的肋槽加强了壁面处换热工质的流动混合，从而提升了换热性能，降低了壁面温度。带肋槽微通道的Nu数是光滑壁面微通道的1.11~1.55倍。当带肋槽微通道的相对肋片高度分别为0.6、0.73和0.85时，摩擦系数分别比光滑壁面微通道大0.38、2.16和4.09倍。图1-4带肋槽微通道散热器结构示意图[55]Fig.1-4SchematicdiagramofribbedmicrochannelradiatorstructureAhmed等[56]设计了一种沟槽微通道换热器，如图1-5所示。采用三维数值模拟方法，研究了几何参数对微通道层流流动和强迫对流换热特性的影响，优化微
第1章绪论7面热阻更小，换热效果更好。但是，由于加工复杂，目前研究中微通道截面形状还是以矩形和圆形截面为主。（2）微通道结构优化学者就如何优化微通道换热器结构，提高换热性能展开研究。Chai[54]等对壁面具有偏置肋片的微通道进行数值建模研究，偏置肋片微通道示意图如图1-3所示。结果表明，与常规光滑壁面微通道换热器相比，优化后的微通道换热效果显著增强，压降更大。在该文研究范围内（190<Re<838），偏置肋片微通道换热器Nu数是常规光滑壁面微通道换热器的1.42~1.95倍，摩擦系数是后者的1.93~4.57倍，性能评价指标是后者的1.02~1.48倍。图1-3偏置肋片微通道示意图[54]Fig.1-3SchematicdiagramofbiasedfinmicrochannelWang等[55]提出一种应用于芯片冷却的小尺度带肋槽微通道散热器，结构示意图如图1-4所示。通过实验和数值模拟方法，比较Re数在100~1000范围内带肋槽微通道散热器与常规光滑壁面矩形微通道散热器的冷却效果。结果显示，微通道表面的肋槽加强了壁面处换热工质的流动混合，从而提升了换热性能，降低了壁面温度。带肋槽微通道的Nu数是光滑壁面微通道的1.11~1.55倍。当带肋槽微通道的相对肋片高度分别为0.6、0.73和0.85时，摩擦系数分别比光滑壁面微通道大0.38、2.16和4.09倍。图1-4带肋槽微通道散热器结构示意图[55]Fig.1-4SchematicdiagramofribbedmicrochannelradiatorstructureAhmed等[56]设计了一种沟槽微通道换热器，如图1-5所示。采用三维数值模拟方法，研究了几何参数对微通道层流流动和强迫对流换热特性的影响，优化微
【参考文献】：
期刊论文
[1]2015～2022年中国太阳能热发电发展情景分析及预测[J]. 王志峰,杜凤丽. 太阳能. 2019(11)
[2]非均匀热流密度下槽式集热器吸热管热应力分析[J]. 耿聪,薛奇成,张维蔚,程龙. 热能动力工程. 2019(03)
[3]A review of concentrated photovoltaic-thermal（CPVT） hybrid solar systems with waste heat recovery（WHR）[J]. Xing Ju,Chao Xu,Zhirong Liao,Xiaoze Du,Gaosheng Wei,Zhifeng Wang,Yongping Yang. Science Bulletin. 2017(20)
[4]开孔折流板型太阳能空气集热器流动传热特性研究[J]. 胡建军,马龙,刘凯彤,孙喜山. 热能动力工程. 2017(10)
[5]太阳能采暖在山西省的适用性研究[J]. 杨凡. 山西建筑. 2017(18)
[6]聚光型太阳能热发电系统非均匀辐射能流特性及解决方法的研究进展[J]. 何雅玲,王坤,杜保存,邱羽,郑章靖,梁奇. 科学通报. 2016(30)
[7]三角形微通道内纳米流体流动与换热特性[J]. 刘冉,夏国栋,杜墨. 化工学报. 2016(12)
[8]微通道换热器的研究及应用现状[J]. 葛洋,姜未汀. 化工进展. 2016(S1)
[9]一种新型CPC聚光热电联产系统[J]. 封昌选,张红,许辉,吴菲. 可再生能源. 2014(05)
[10]微通道换热器研究进展[J]. 钟毅,尹建成,潘晟旻. 制冷与空调. 2009(05)
硕士论文
[1]CPC优化设计及对脉动热管太阳能集热器运行特性影响研究[D]. 闫美玉.北京建筑大学 2018
本文编号：3585062
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