【摘要】：太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生能源,有著廣泛的應(yīng)用前景。太陽能集熱器作為太陽能熱利用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,其性能直接影響收集到的太陽能的質(zhì)量。 本文對目前的能源現(xiàn)狀作了簡要概括,并對集熱器的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析,在此基礎(chǔ)上提出了本文的研究課題,并在本課題組提出的蛇形復(fù)合拋物面(Serpentine Compound Parabolic Concentrator,簡稱SCPC)集熱器的基礎(chǔ)上,對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。蛇形復(fù)合拋物面集熱器最大的特點是它是結(jié)合普通復(fù)合拋物面聚光(Compound Parabolic Concentrator,簡稱CPC)集熱器和平板式集熱器的優(yōu)點設(shè)計而成。與CPC集熱器相比,蛇形復(fù)合拋物面集熱器的特別之處在于接收器按照蛇形布置,集熱器組成模塊式結(jié)構(gòu)。 本文首先分析了蛇形復(fù)合拋物面集熱器的工作原理,給出了集熱器的參數(shù)方程,對集熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計。構(gòu)建了集熱器對太陽輻射的吸收模型以及傳熱模型,使用Matlab軟件對模型進(jìn)行求解,對其性能及傳熱規(guī)律進(jìn)行了理論分析。 其次,設(shè)計了蛇形復(fù)合拋物面集熱器的實驗樣機(jī),搭建了實驗系統(tǒng),依據(jù)國家有關(guān)集熱器測試規(guī)范設(shè)計了實驗內(nèi)容,進(jìn)行了實驗測試,驗證了數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性與可靠性;實驗結(jié)果表明蛇形復(fù)合拋物面集熱器具有較高的集熱效率。同時進(jìn)行了瞬時效率實驗,將實驗數(shù)據(jù)用最小二乘法擬合得到瞬時效率的擬合曲線,得出該集熱器的熱損系數(shù)。 在此基礎(chǔ)上,本文對蛇形復(fù)合拋物面集熱器進(jìn)行了數(shù)值模擬計算,研究了接收器管長、管徑、復(fù)合拋物槽開口寬度等參數(shù)對蛇形復(fù)合拋物面太陽能集熱器集熱性能的影響,為蛇形復(fù)合拋物面太陽能集熱器的優(yōu)化設(shè)計、參數(shù)匹配等方面提供技術(shù)儲備和理論支持。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TK513
【圖文】：

（1）非聚焦型集熱器①常用平板集熱器如圖1-1所示為平板型集熱器結(jié)構(gòu)示意圖。它主要由吸熱板、透明蓋板、隔熱層和外殼等部件組成[5]。其中吸熱體是吸收太陽能并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的部件。透明玻璃蓋板可以透過可見光而不透過遠(yuǎn)紅外線，從而減少散熱量，提高吸熱體的溫度。隔熱層可以起到減少集熱器向周圍環(huán)境散熱，提高集熱器熱效率的作用。外殼起到支撐和保護(hù)的作用。平板型集熱器是太陽能低溫?zé)崂玫幕静考彩鞘澜缣柲苁袌龅闹鲗?dǎo)產(chǎn)品。它結(jié)構(gòu)和工藝都比較簡單，同時，成本較低，使用壽命長，但其集熱效率較低，易產(chǎn)生倒流，抗凍性能差。它廣泛應(yīng)用于生活用水加熱、游泳池加熱、工業(yè)用水加熱、建筑物采暖和空調(diào)等諸多領(lǐng)域。我國于1986年開始引進(jìn)國外先進(jìn)平板集熱器生產(chǎn)線，現(xiàn)已在此項技術(shù)上跨入了一個新階段。為了提高平板型太陽能集熱器的性能，需要從各部件和整體性能入手，使平板型太陽能集熱器持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。圖1-1平板型集熱器構(gòu)造示意圖

真空管熱管由內(nèi)外兩層玻璃管構(gòu)成，內(nèi)管外表面具有高吸收率和低發(fā)射率的選擇性吸收膜，夾層之間抽成真空，其形狀如常用的杜瓦瓶，國外也有將全玻璃真空管集熱器稱為“杜瓦管”（Dewar tube），如圖1-2所示。它采用單端開口，將內(nèi)、外管口予以環(huán)形熔封，另一端是密閉半球形圓頭，由彈簧卡支撐內(nèi)外管，而且可以自由伸縮，以緩沖內(nèi)管熱脹冷縮引起的應(yīng)力。彈簧卡上裝有消氣劑，當(dāng)它蒸散后能吸收運(yùn)行時產(chǎn)生的氣體，保持管內(nèi)的真空度。真空集熱器內(nèi)裝有吸氣劑[6，7]。該集熱器優(yōu)點很多，它結(jié)構(gòu)比較簡單，集熱效率較高，保溫性能好；在寒冷地區(qū)的冬季，也能應(yīng)用該集熱器。與此同時，它也有一定的缺點，例如熱水利用率較低

[8]。圖1-3 不同形式聚焦型集熱器示意圖和平板型集熱器相比，聚焦型太陽能集熱器更容易提高集熱器內(nèi)流動工質(zhì)的溫度，其原因分析如下：對于給定的總能量，聚焦型集熱器表面能流密度增大，也就意味著吸收表面面積相應(yīng)減少，在一定程度上大大減少了熱損失，從而集熱效率得到提高。這就為太陽能的熱利用提供了更為有利的條件。但是，目前聚焦型太陽能集熱器也有其不足之處：它不能收集太陽總輻射中的漫射輻射，漫射輻射占太陽總輻射的20%~40%，而且該類型的集熱器大多數(shù)都需要有復(fù)雜的跟蹤系統(tǒng)。即使對于不需要跟蹤裝置的小聚光比的系統(tǒng)，也存在著制造過程較為復(fù)雜、費(fèi)用較高的問題。大多數(shù)的聚焦型太陽能集熱器都屬于高溫集熱器

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄭宏飛;陶濤;何開巖;陳子乾;;增加復(fù)合拋物面聚光器(CPC)最大聚光角的幾種方法及結(jié)果比較[J];工程熱物理學(xué)報;2008年09期

2 李臻,史月艷,王毓琰,呂雁葭;具有鏡面反射和漫反射的CPC光學(xué)分析[J];太陽能學(xué)報;2003年01期

3 徐海峰,劉震炎;非跟蹤聚焦型太陽能冷管及其性能研究[J];太陽能學(xué)報;2003年06期

4 彭祖林;葛洪川;高漢三;江希年;;內(nèi)聚光型太陽能光電-光熱復(fù)合管的光學(xué)設(shè)計[J];太陽能學(xué)報;2007年06期

5 趙玉蘭;張紅;戰(zhàn)棟棟;

本文編號：2748321