發(fā)布時間：2020-06-23 14:54

【摘要】：二次反射塔式聚光集熱系統(tǒng)作為太陽能熱利用的重要形式,具有光熱轉換效率高、結構簡單、抗風性能優(yōu)越等特點,在提供中高溫熱能、替代傳統(tǒng)化石能源方面具有很大的潛力。本文對基于翅片型吸熱器的線性菲涅爾二次反射塔式太陽能聚光集熱系統(tǒng)的光學特性和集熱性能進行了理論分析和實驗研究,主要的研究內容概括如下:1.首先根據太陽位置模型和線菲定日鏡理論追蹤模型,建立以MCRT算法為基礎的光線追蹤模型分析影響二次反射塔式聚光系統(tǒng)光學效率的各個因素;然后對集熱系統(tǒng)光熱轉換過程進行理論分析,推導了翅片型吸熱器的效率因子和熱遷移因子,作為吸熱器性能的評價指標。2.對二次反射塔式聚光集熱系統(tǒng)的聚光特性和集熱性能進行了實驗研究。根據二次反射塔式系統(tǒng)的光斑特性,搭建基于翅片型吸熱器的集熱回路,實驗測試了翅片型吸熱器不同進口溫度和進口流量下的集熱量和相應的熱損失:1)進口流量為580L/H時,導熱油平均溫度為90.6℃,集熱效率44.93%;導熱油平均溫度為182.8℃,集熱效率28.31%;吸熱器的熱損失由109.77W增加到1465.13W;2)進口流量為400L/H時,導熱油平均溫度為91.4℃,集熱效率42.59%;導熱油平均溫度為183.0℃,集熱效率26.65%;吸熱器的熱損失由123.79W增加到1621.87W。并且擬合出翅片吸熱器的集熱效率和歸一化溫度的二次曲線關系和熱損系數(shù)隨進口溫度與環(huán)境溫度之差的線性關系;通過?分析,得到400L/H流量下的最佳運行溫度為142℃,500L/H流量下的最佳運行溫度為145℃;根據上述結果推導得到二次反射塔式聚光系統(tǒng)光學效率的時變特性和實驗工況下翅片型吸熱器的效率因子F’和熱遷移因子F_R:聚光系統(tǒng)的光學效率在正午附近達到最大為58.42%;受翅片吸熱器熱損失的影響當工質的進口流量為580L/H時,隨進口溫度的升高熱遷移因子F’從0.877變化到0.759,熱遷移因子F_R從0.857變化到0.748;當工質的進口流量為400L/H時,隨著進口溫度的變化翅片吸熱器效率因子F’從0.864變化到0.736,熱遷移因子F_R從0.844變化到0.724。3.通過MCRT光線追蹤算法,模擬不同時刻影響聚光系統(tǒng)光學效率的因素發(fā)現(xiàn):聚光系統(tǒng)主要受到定日鏡本身的陰影效率和余弦效率的影響;通過聚光系統(tǒng)的年均光學效率對二次反射塔式鏡場結構參數(shù)的優(yōu)化分析,得到最優(yōu)的值:H=15m,L=5.35m,然后再次利用MCRT光線追蹤模型模擬得到實驗某天內聚光系統(tǒng)優(yōu)化之后的光學效率,最高提升11.2%。4.根據MCRT和CFD的耦合三維分析模型分析聚光系統(tǒng)光熱轉換過程中翅片型吸熱器的集熱性能,并且通過對比實驗工況下吸熱器的集熱效率、熱損失等參數(shù),驗證三維分析模型的正確性;并且根據模擬得到翅片吸熱器內流動換熱參數(shù)獲得模擬工況下翅片型吸熱器的效率因子F’和熱遷移因子F_R。然后,利用MCRT和CFD耦合的三維分析模型優(yōu)化得到吸熱器內最佳的進口流量670L/H;根據優(yōu)化之后的鏡場參數(shù)和吸熱器的最佳運行工況,模擬得到聚光集熱系統(tǒng)優(yōu)化之后的集熱效率:和相同實驗工況下的結果相比,翅片型吸熱器的集熱效率最高增加了21.32%,和優(yōu)化之前和模擬結果相比,翅片型吸熱器的集熱效率最高增加了14.51%。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TK513.1
【圖文】：

交通大學碩士學位論文 第 1 章 緒 論第1章 緒論1.1 研究的背景和意義21 世紀隨著社會經濟的迅猛發(fā)展使得能源的供應日漸緊迫，且逐年增加，目前人類大量使用的能源仍以石油、天然氣和煤炭等化石能源為主，受到傳統(tǒng)石能源存儲量的有限性以及在使用過程中產生的二氧化碳都將導致日益嚴重能源危機、全球氣候變暖的不利局面，將嚴重破壞人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境。

光伏和風力在我國的非水電可再生能源發(fā)電量中占主導地位，截止到 2015 年光伏和風力發(fā)電在全國總發(fā)電量中的占比總和為 4%，雖然太陽能光熱發(fā)電在我國起步較晚，發(fā)展尚處在初期試驗示范階段，但是太陽能是可再生能源中潛力巨大的一次能源，其輻射量大、覆蓋范圍廣泛，從當今科技的發(fā)展趨勢來看，開發(fā)利用太陽能技術的進步或許決定著未來人類的生活方式[5]，并且隨著 十二五 期間太陽能光熱技術和相關示范項目經驗的積累，我國絕大多數(shù)企業(yè)已滲透到整個光熱發(fā)電產業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)[6]。為此，2015 年 9 月到 12 月國家能源局先后下發(fā)相關文件，指出：到 2020 年底要實現(xiàn)太陽能光熱發(fā)電總裝機容量達到 10GW；2016 年 4 月發(fā)布的《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃（2016～2030 年）》，明確提出高效太陽能利用技術創(chuàng)新2020年發(fā)展目標之一是掌握50MW級塔式太陽能光熱電站的整體設計及關鍵部件制造技術；2016 年 9 月 2 日，國家發(fā)展改革委員會發(fā)布布《關于太陽能熱發(fā)電標桿上網電價政策的通知》，核定太陽能熱發(fā)電標桿上網電價為每度電 1.15 元。隨著相關激勵政策和扶持電價的出臺，為太陽能光熱電站在我國的應用與發(fā)展起到極大的促進作用。

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 卞之;王紅晨;邢詒存;李聯(lián)軍;;二次反射聚光裝置光電特性的實驗研究[J];海南師范大學學報(自然科學版);2011年04期

2 劉斌,舒琳,王均宏;二次反射對室內場強預測結果的影響[J];移動通信;2004年S1期

3 余佳煥;彭佑多;顏健;肖蓉;王e

本文編號：2727497