發(fā)布時間：2020-08-07 00:33

【摘要】：對于太陽能中溫熱利用系統(tǒng),研發(fā)出具有價格競爭力的聚光集熱器是其能否得到應(yīng)用推廣的關(guān)鍵。碟式聚光鏡群具有較高的余弦效率,沒有阻擋損失,鏡場光學效率卓越。而傳統(tǒng)的拋物碟式聚光器在加工、安裝調(diào)試,或能流密度的均勻性方面均存在一定缺陷,使得碟式系統(tǒng)的成本一直居高不下�；谝陨媳尘�,本文提出了一種快速定姿的菲涅耳碟式聚光器的模型和定姿算法,成本低、顯著簡化了聚光器安裝時的調(diào)光過程,可靈活布置利用碎片化閑散空間建設(shè)分布式可再生能源系統(tǒng)。論文主要從以下幾個方面展開了理論分析與探索:(1)提出了菲涅耳碟式聚光器鏡面模型,以多圈環(huán)形陣列排布的平面子鏡替代拋物型鏡面,解決了碟式聚光器對鏡面特殊制造需求而帶來的高成本問題。對菲涅耳碟式聚光器,分析子鏡尺寸、圈數(shù)、子鏡數(shù)目對聚光器性能的影響。結(jié)果表明:聚光器半徑一定時,子鏡尺寸越小,圈數(shù)越多,幾何聚光比越高,并且聚光比隨圈數(shù)增加的速度越快,但是成本也相應(yīng)增加。(2)提出了一種快速確定菲涅耳碟式聚光器子鏡姿態(tài)的算法,計算出各圈子鏡的最佳內(nèi)傾角,使該圈子鏡在焦平面上形成的焦斑半徑達到最小值。認為當子鏡中心點反射太陽光錐所形成的焦斑半徑為最小值時,該圈子鏡在焦平面上形成的焦斑其半徑也達到最小值,即我們可通過子鏡中心點的反射光束大小來確定各圈子鏡的最佳內(nèi)傾角。(3)分析菲涅耳碟式聚光器焦平面上的能流密度分布特征,TracePro光學軟件模擬不同傾斜角、吸熱器高度下,各圈子鏡的焦斑變化,焦斑仿真分析結(jié)果驗證了算法的正確性。對已經(jīng)得到的焦平面能流密度進行性能分析。當吸熱器高度為1349mm時,焦平面上98.7%能量分布在半徑為112mm范圍內(nèi),能量分布相對均勻。(4)對菲涅耳碟式聚光器的支撐結(jié)構(gòu)以及反射鏡面的調(diào)焦系統(tǒng)進行構(gòu)造設(shè)計。只需要在初始狀態(tài)時,保證所有平面子鏡精確調(diào)整在同一平面內(nèi),聚光器就能夠同步完成所有子鏡傾角設(shè)置,而不是各子鏡傾角逐面設(shè)置,實現(xiàn)聚光器的快速精準調(diào)姿。調(diào)姿完成后,調(diào)焦桿件拆除,同一套調(diào)焦機構(gòu)可多次重復使用,成本降低。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK513.1
【圖文】：

熱利用方式能熱利用領(lǐng)域，按照行業(yè)內(nèi)大多數(shù)人認同的溫度區(qū)域劃分方法度區(qū)間目前沒有統(tǒng)一的劃分，此處采用常用的劃分區(qū)間），可以分溫太陽能利用和高溫太陽能利用[1]，如表 1-1 所示。表 1-1 太陽能熱利用溫區(qū)劃分太陽能熱利用形式 溫度范圍/°C低溫太陽能利用 <80中溫太陽能利用 80~250高溫太陽能利用 250~600太陽能利用在低溫利用領(lǐng)域（<80°C）已得到廣泛使用，其應(yīng)用領(lǐng)域包括太房、熱水器等。在太陽能低溫熱利用系統(tǒng)中，集熱器是決定成本此在太陽能低溫利用領(lǐng)域，主要發(fā)展研究方向是尋求降低集熱率，以及簡化調(diào)試安裝的方法。圖 1-1 為太陽能熱利用區(qū)間圖

回熱器接收器聚光器燃氣輪機燃燒室壓縮機(c)碟式系統(tǒng)組成示意圖 (d)線性菲涅爾系統(tǒng)示意圖 1-2 各類熱發(fā)電系統(tǒng)示意圖碟式熱發(fā)電系統(tǒng)又稱為盤式系統(tǒng)，主要由熱機系統(tǒng)、聚光器、跟蹤分組成，其動力供給完全來自拋物面聚光鏡對太陽光聚焦而產(chǎn)生發(fā)電系統(tǒng)光學聚光比可達 600-3000，工作溫度可達 800°C[7]。碟式長，靈活性強，安裝相對方便，因此碟式太陽能系統(tǒng)可用于分布的電力缺乏的地區(qū)的小型電源，功率可達到 10-25kW；也可以將型的太陽能熱發(fā)電站，用于集中式發(fā)電；或者利用太陽能聯(lián)合天座類似常規(guī)能源發(fā)電的混合連續(xù)發(fā)電系統(tǒng)[8-9]。圖 1-3 為位于美國式發(fā)電站 Maricopa，，由單機容量為 25kW 的 60 臺斯特林碟式熱

2）基于多平面菲涅耳碟式聚光器的幾何構(gòu)造，提出了一種確定聚光器子鏡，計算子鏡的最佳內(nèi)傾角，使該圈子鏡在焦平面上形成的焦斑半徑達到最小3）對太陽光束進行跟蹤，研究菲涅耳碟式聚光器焦平面上的聚焦能流密度析不同傾斜角、吸熱器高度下，各圈子鏡的焦斑變化，驗證調(diào)焦算法的正確得到的焦平面能流密度進行性能分析。4）對菲涅耳碟式聚光器的支撐結(jié)構(gòu)以及反射鏡面的調(diào)焦系統(tǒng)進行構(gòu)造設(shè)計器能夠同步完成所有子鏡傾角設(shè)置而不是各子鏡傾角逐面設(shè)置。究技術(shù)路線文通過理論分析和軟件模擬相結(jié)合的方法對一種新型子鏡共面、同步調(diào)姿的聚光器進行了研究。首先應(yīng)用幾何光學原理，設(shè)計了該聚光器的鏡面模型，式聚光器進行理論分析；基于太陽運動軌跡的計算，提出確定子鏡姿態(tài)的算各圈子鏡的最佳調(diào)姿內(nèi)傾角；然后，利用 TracePro 光學分析軟件驗證了算法并對聚光器的聚光特性進行了分析。最后，基于 ProE 軟件對聚光器進行構(gòu)究方法流程圖如圖 1-5 所示。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2783192