【摘要】：太陽(yáng)能是取之不盡、用之不竭的環(huán)保新能源,是世界應(yīng)對(duì)能源危機(jī)的最佳解決方案之一。我國(guó)目前在太陽(yáng)能低溫(100℃以下)應(yīng)用(太陽(yáng)能熱水器)方面取得了巨大的成功,但對(duì)太陽(yáng)能中高溫?zé)崂?100-300℃)的研究還很少,廣大工業(yè)過(guò)程亟需環(huán)保、價(jià)廉的中高溫?zé)嵩�。線性菲涅爾反射式(Linear Fresnel Reflector, LFR)太陽(yáng)能中高溫集熱系統(tǒng),使用平面反射鏡,易于制造、價(jià)格低廉,與其它聚焦太陽(yáng)能系統(tǒng)相比具有顯著優(yōu)勢(shì),得到了世界各國(guó)的高度重視和普遍關(guān)注。 目前,線性菲涅爾反射式集熱系統(tǒng)普遍存在遮擋和陰影問(wèn)題,造成系統(tǒng)利用效率低,必須研究菲涅爾系統(tǒng)的優(yōu)化布置形式以削弱該問(wèn)題的影響。另一方面,在太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中涉及到輻射-導(dǎo)熱-對(duì)流耦合傳熱,要實(shí)現(xiàn)整個(gè)能量傳遞環(huán)節(jié)在最優(yōu)工況下運(yùn)行,必須研究高熱流密度條件下傳熱工質(zhì)的換熱規(guī)律,探索接收器內(nèi)強(qiáng)化傳熱的方法。有關(guān)這方面的研究已成為太陽(yáng)能中高溫領(lǐng)域的前沿課題之 一,具有十分重要的學(xué)術(shù)研究意義和非常廣闊的應(yīng)用前景。 本文首先研究了將平面反射鏡場(chǎng)與復(fù)合拋物聚光器(Compound Parabolic Collector, CPC)耦合考慮的新型菲涅爾反射聚光系統(tǒng),探索解決線性菲涅爾系統(tǒng)陰影和遮擋問(wèn)題的方法。給出了CPC的設(shè)計(jì)原理和優(yōu)化途徑；分析推導(dǎo)了確定集熱系統(tǒng)接收器高度、鏡場(chǎng)范圍和反射鏡間距等重要參數(shù)的布置公式；計(jì)算出了每面反射鏡的最佳初始偏角,建立了反射鏡場(chǎng)布置和二次聚光器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合優(yōu)化理論與模型。并根據(jù)理論分析,設(shè)計(jì)計(jì)算了一個(gè)典型的1kW菲涅爾反射集熱系統(tǒng),給出了鏡場(chǎng)布置的關(guān)鍵參數(shù),并利用TracePro光學(xué)模擬軟件,采用蒙特卡羅光線跟蹤法,建立了所設(shè)計(jì)的1kW菲涅爾反射系統(tǒng)的光學(xué)模型,研究了在不同太陽(yáng)光線入射角的情況下,菲涅爾系統(tǒng)的鏡場(chǎng)布置和光學(xué)性能。 其次,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,對(duì)反射式線性菲涅爾單管CPC腔型集熱器的集熱性能開(kāi)展了理論研究。針對(duì)該系統(tǒng)建立了穩(wěn)態(tài)模型,利用輻射熱網(wǎng)絡(luò)法和傳熱熱阻原理,研究了CPC腔型集熱器內(nèi)的輻射傳熱和熱損失分布情況,計(jì)算了該集熱器的集熱性能。模擬分析表明：在計(jì)算條件下,CPC腔型集熱器最大集熱效率約為0.65,在太陽(yáng)能集熱高溫段有著明顯的優(yōu)勢(shì)：增加接收器的長(zhǎng)度能夠很好地提高集熱溫度；通過(guò)玻璃蓋層的傳熱是系統(tǒng)熱損失的主要環(huán)節(jié)；集熱器光學(xué)參數(shù)對(duì)集熱性能的影響較大,應(yīng)努力提高玻璃蓋層的透過(guò)率和CPC腔體內(nèi)壁的反射率并降低保溫層外壁的發(fā)射率來(lái)減小總熱損系數(shù),提高集熱器的熱性能。另外,運(yùn)用MATLAB/GUI圖形界面設(shè)計(jì)工具來(lái)研究開(kāi)發(fā)了一種CPC腔型集熱器熱性能分析軟件,用戶可以通過(guò)改變集熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)研究系統(tǒng)性能的相應(yīng)變化,該軟件提供了一個(gè)可供反復(fù)使用且操作簡(jiǎn)單的集熱器熱分析工具。 最后,基于上述理論優(yōu)化分析,搭建了典型1kW線性菲涅爾反射式中高溫集熱系統(tǒng),通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其實(shí)際性能。本文測(cè)試了該集熱系統(tǒng)的熱損失性能、空曬性能參數(shù)、CPC腔溫度分布和集熱效率等關(guān)鍵參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,該集熱器的平均熱損失系數(shù)UL約等于0.63 W/(m2·℃),表明本實(shí)驗(yàn)裝置有著良好的保溫性能；在實(shí)驗(yàn)條件下,菲涅爾反射式集熱系統(tǒng)的空曬溫度達(dá)到270℃,其空曬性能參數(shù)Ys約為0.52℃.m2/W;CPC腔體內(nèi)的溫度變化趨勢(shì)一致,但其分布是不均勻的,中間位置的溫度最高,兩端和邊緣位置的溫度最低；該菲涅爾集熱系統(tǒng)擬合效率曲線為η=0.618-0.00125(T1-Ta)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的線性菲涅爾反射式中高溫集熱系統(tǒng)有著較優(yōu)的集熱性能。
【圖文】：

山東少、學(xué)不吹i學(xué)位論文鏡場(chǎng)的占地面積1301。澳大利亞悉尼大學(xué)13’32]提出了一種緊湊型線形菲涅爾反射術(shù)(CompaetLinearFresnelRefleetor，CLFR)，在一定程度上解決了遮擋和占的問(wèn)題，如圖1一3所示。但該技術(shù)主要適用于大規(guī)模太陽(yáng)能熱發(fā)電項(xiàng)目中，為了探索在菲涅爾反射一式中高溫集熱系統(tǒng)中最優(yōu)的鏡場(chǎng)布置形式，我們提出了將平反射鏡場(chǎng)與復(fù)合拋物聚光器CPC復(fù)合考慮的新型兩次反射聚光系統(tǒng)，該方法減小系統(tǒng)的光學(xué)損失并增加聚光比。尋求合理的菲涅爾反射鏡場(chǎng)布置和CPC次聚光器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法是我們需要努力的方向。

用高聚光比的cPc進(jìn)行截取，節(jié)省材料，而且光學(xué)效率也有一定提高[47】。2.2線性菲涅爾反射式集熱鏡場(chǎng)優(yōu)化布置原理菲涅爾反射式集熱鏡場(chǎng)的優(yōu)化布置是提高系統(tǒng)光學(xué)性能的關(guān)鍵。圖2一4是線性菲涅爾反射鏡場(chǎng)的典型布置形式，鏡場(chǎng)南北布置，接收器安裝在鏡場(chǎng)中心有一定高度的支架上，多組平面鏡單元繞其中軸翻轉(zhuǎn)，將太陽(yáng)光反射到與其平行的中間接收器中。該形式將接收器與反射鏡分離，跟蹤太陽(yáng)時(shí)只需水平旋轉(zhuǎn)反射鏡即可，減小了跟蹤裝置的負(fù)荷。但由于相鄰反射鏡間距和接收器本身體積的影響，線性菲涅爾反射系統(tǒng)普遍存在著遮擋和陰影問(wèn)題，如何控制鏡場(chǎng)寬度和接收器高度在一定合理范圍的情況下，優(yōu)化布置反射鏡場(chǎng)以最大限度地減小系統(tǒng)的遮擋和陰影問(wèn)題是我們研究的關(guān)鍵。汗N今哪 lllllll一 一?
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TK513

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 呂明新;宋固;董震;魏露露;賴艷華;;兩級(jí)反射線性菲涅爾中高溫集熱系統(tǒng)熱性能[J];山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2013年02期

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本文編號(hào)：2619084