【摘要】：復(fù)合拋物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator,CPC)是一種接近于理想聚光器的非成像聚光器。它根據(jù)邊緣光線原理設(shè)計(jì),對(duì)接收角范圍內(nèi)的入射光線具有光陷阱作用,可將接收角范圍內(nèi)的輻射光線聚集到吸收體上。其具有聚光效率高,可對(duì)各種波長(zhǎng)和部分散射光進(jìn)行收集;無(wú)需跟蹤裝置,只需按季節(jié)調(diào)整的優(yōu)點(diǎn),在中低溫太陽(yáng)能領(lǐng)域擁有巨大應(yīng)用潛力。脈動(dòng)熱管作為一種高效傳熱裝置,在航空設(shè)備降溫、電子器件冷卻、余熱利用及太陽(yáng)能領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。將CPC與脈動(dòng)熱管相結(jié)合,提出了一種CPC脈動(dòng)熱管太陽(yáng)能集熱器。一方面,CPC的聚光作用增加了脈動(dòng)熱管吸熱段(蒸發(fā)段)熱流密度,增強(qiáng)脈動(dòng)熱管傳熱能力;另一方面,脈動(dòng)熱管管徑較小,使CPC在較小尺度下,可實(shí)現(xiàn)3-5倍聚光,便于實(shí)現(xiàn)與建筑物一體化。針對(duì)CPC的聚光特性,以及CPC聚光特性對(duì)新型集熱器運(yùn)行特性的影響開展了理論及實(shí)驗(yàn)研究。(1)通過(guò)蒙特卡羅光線追跡法(MCRT),自編程對(duì)圓管型CPC的聚光特性進(jìn)行了研究,分析了截取比、光線入射角度、聚光比對(duì)聚光特性的影響,研究發(fā)現(xiàn),CPC的聚光作用使圓管吸熱器上形成2個(gè)熱流密度峰值,隨著入射光線角度增加,峰值熱流密度向圓管吸熱器上部移動(dòng)。入射光線角度小于接收半角時(shí),隨聚光比的增加,平均熱流密度幾乎成線性增加,當(dāng)超過(guò)接收半角時(shí),平均熱流密度陡降。平均熱流密度隨截取比的增大而緩慢增加,整體變化不大。(2)分析了聚光面旋轉(zhuǎn)、平移、CPC起始點(diǎn)截取和吸熱器位置的偏置對(duì)吸熱器聚光特性的影響。研究結(jié)果顯示,聚光面旋轉(zhuǎn)、平移和CPC起始點(diǎn)截取對(duì)吸熱器的熱流密度影響不大。吸熱器與CPC裝配時(shí),盡量避免吸熱器下偏和左右偏置,如果入射光線以接收半角角度入射概率大,則考慮適當(dāng)上移吸熱器。(3)對(duì)吸熱器進(jìn)行優(yōu)化,采用橢圓管吸熱器替換圓管吸熱器。替換后光學(xué)效率增加,且熱流密度的峰值降低,當(dāng)光線入射角度超過(guò)接收半角后,光學(xué)效率同圓管相比仍然較高,且在大的入射角度時(shí)還可以吸收太陽(yáng)輻射能。(4)對(duì)優(yōu)化后集熱器中集熱計(jì)算單元建立了數(shù)值模型,用FLUENT對(duì)比模擬并分析了不同傾斜角、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度對(duì)集熱器熱性能的影響。研究結(jié)果顯示,集熱器的集熱性能隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的增加而升高;傾斜角不同時(shí),集熱器的集熱性能變化很小,基本上沒(méi)有影響;橢圓吸熱器的集熱效率均優(yōu)于圓管吸熱器;CPC起始點(diǎn)截取后,集熱效率減少很小,實(shí)際工程應(yīng)用中可以對(duì)CPC起始點(diǎn)截取,降低加工精度的要求便于制造和安裝。(5)對(duì)CPC脈動(dòng)熱管太陽(yáng)能集熱器熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),工質(zhì)和集熱器進(jìn)口水溫對(duì)脈動(dòng)熱管太陽(yáng)能集熱器集熱性能影響較大,而在不同的傾斜角度下脈動(dòng)熱管太陽(yáng)能集熱器的集熱性能變化不大。應(yīng)用R134a工質(zhì)的集熱器熱效率優(yōu)于工質(zhì)R123。集熱器進(jìn)口水溫增加,集熱器的集熱效率下降。
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU83
【圖文】：

第 1 章 緒論在中低溫領(lǐng)域的利用主要是太陽(yáng)能熱水、制冷、采暖和海水淡化術(shù)中太陽(yáng)能熱水占主導(dǎo)，我國(guó)在中低溫領(lǐng)域的利用也集中在這部府都加大了對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用。歐洲國(guó)家的太陽(yáng)能規(guī)劃中提出，太陽(yáng)能在供熱和供暖方面要滿足 50%的能源供應(yīng)量在太陽(yáng)能熱水器利用中重大變化是在農(nóng)村市場(chǎng)方面日益普及對(duì)器的利用，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑一體化，同時(shí)相應(yīng)制度在包括對(duì)新產(chǎn)品研發(fā)的支持和技術(shù)轉(zhuǎn)型的政策扶持[5]。目前，我國(guó)能光熱利用國(guó)家，其市場(chǎng)份額已經(jīng)接近 80％。陽(yáng)能在中溫應(yīng)用領(lǐng)域潛力很大。根據(jù)社會(huì)能耗需求統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)[總量的 70%以上，在熱能需求中，溫度低于 100 ℃利用量占總-400℃之間的需求占總熱能的27%左右。按照溫度段細(xì)分能量需求量的 74%以上（約占總量的 16%以上），從這個(gè)比例來(lái)看該溫度能源需求總量的 14%。由此可以看到未來(lái)太陽(yáng)能中溫領(lǐng)域的研究方向的一個(gè)重點(diǎn)。

第 1 章 緒論能集熱器太陽(yáng)能在低溫集熱范圍的應(yīng)用形式，同時(shí)也是太陽(yáng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)難度低，減小了產(chǎn)品的前期投入，較低，壽命長(zhǎng)，因此，平板集熱器在整個(gè)生命周期器在集熱領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。太陽(yáng)能平板集熱器的主、保溫層和外殼，如圖 1-2 所示。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，表面涂的選擇性圖層吸收，被吸收的輻射能轉(zhuǎn)化為蓋板既透射太陽(yáng)輻射又減少內(nèi)部工質(zhì)通過(guò)紅外線散式向環(huán)境中散熱，提高熱效率。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2718820