【摘要】：太陽能槽式聚光系統(tǒng)幾何聚光比范圍較寬,具有易于規(guī)�；嚵胁季帧⒄加猛恋孛娣e小、安裝檢修較為方便等優(yōu)點,能滿足工業(yè)和民用高、中、低溫的用熱需求,因此太陽能槽式系統(tǒng)已在諸多國家獲得了廣泛應(yīng)用。吸收器作為太陽能槽式系統(tǒng)的重要部件,目前太陽能槽式系統(tǒng)吸收器多采用傳統(tǒng)的金屬直通式玻璃真空管吸收器,這種吸收器內(nèi)部擁有真空夾層有效降低了熱損失,雖然玻璃與金屬之間密封性問題已基本得到解決,但其長時間高效集熱運行仍然是一個技術(shù)難題,且這種吸收器容易破損,成本較高。而太陽能槽式聚光系統(tǒng)采用腔體式吸收器不需采用真空夾層密封技術(shù),且價格便宜,運輸方便,因此本文開展了基于太陽能槽式線聚焦腔體聚光系統(tǒng)光學(xué)特性及集熱性能的理論、模擬、實驗研究,主要研究工作包括:(1)基于幾何光學(xué)原理,構(gòu)建了槽式聚光反射鏡面玻璃厚度對太陽光線偏移效應(yīng)的物理模型,并對所構(gòu)建的物理模型進行了數(shù)值計算和實驗驗證。研究結(jié)果表明太陽能槽式系統(tǒng)反射聚光鏡在會聚太陽光線的過程中,焦平面的主要能量由來自于反射鏡上表面的直接反射和反射鏡下表面反射層的間接反射的能量組成,聚光鏡玻璃厚度為5 mm時,聚光鏡內(nèi)部對太陽光線的吸收率只有1.98%。在系統(tǒng)焦距為1200 mm,聚光鏡玻璃的折射率為1.6的槽式系統(tǒng)中,距離槽式系統(tǒng)中心位置為1700 mm處,聚光鏡玻璃為1 mm厚的槽式系統(tǒng)在焦平面的半焦線寬度為25.7 mm。(2)理論分析了腔體吸收器表面所接收的能流分布特性對環(huán)境輻射熱損失性能,投射到其表面的太陽輻射能相等時,太陽輻照度分布越趨向于均勻,吸收器表面的熱輻射損失越小,反之越大,并以此建立了腔體吸收器光學(xué)性能評價的雙重標(biāo)準(zhǔn)計算方法,包括光學(xué)效率和腔體吸收器表面輻照度標(biāo)準(zhǔn)差。基于所建立的腔體吸收器光學(xué)性能的評價方法,采用正交實驗對腔體吸收器的光學(xué)性能進行了優(yōu)化設(shè)計,結(jié)果表明優(yōu)化設(shè)計的腔體吸收器開口寬度為70 mm、深寬比為0.80:1.00、焦距率為98.75%,其光學(xué)效率為89.21%,腔體吸收器吸收面的輻照度標(biāo)準(zhǔn)差為30528,具有黑體黑腔效應(yīng)特性。進入腔體吸收器內(nèi)部未被吸收的部分光線,經(jīng)過二次反射后,可被腔體吸收器吸收表面所截獲。(3)基于太陽能光熱轉(zhuǎn)換原理與基礎(chǔ)理論,構(gòu)建了正交實驗優(yōu)化設(shè)計的腔體吸收器一維穩(wěn)態(tài)光熱轉(zhuǎn)換模型,數(shù)值計算揭示了腔體吸收器的光熱轉(zhuǎn)換效率隨腔體吸收器內(nèi)工質(zhì)溫度的特性,研究結(jié)果顯示截距集熱效率達(dá)到了79.66%,腔體吸收器內(nèi)部工質(zhì)溫度為203.7℃時,系統(tǒng)集熱效率理論計算值和實驗測量值分別為41.63%和38.15%,相對誤差為8.36%。(4)針對腔體吸收器的太陽能槽式聚光系統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用方面,開展了對典型晴朗天氣條件下腔體吸收器的太陽能槽式系統(tǒng)直接產(chǎn)生蒸汽特性研究,發(fā)現(xiàn)太陽平均直輻射為805 W/m2時,系統(tǒng)平均集熱效率為51.48%;對典型多云天氣條件下腔體吸收器的太陽能槽式系統(tǒng)直接產(chǎn)生蒸汽實驗測量發(fā)現(xiàn)太陽平均直輻射為430 W/m2,系統(tǒng)平均集熱效率為49.84%。針對腔體吸收器的太陽能槽式系統(tǒng)直接產(chǎn)生蒸汽經(jīng)濟性效益研究發(fā)現(xiàn)腔體吸收器的回收期為6.97年,采用該腔體吸收器的太陽能槽式系統(tǒng)直接產(chǎn)生蒸汽在工業(yè)應(yīng)用具有經(jīng)濟可行性。(5)為進一步提高腔體吸收器的集熱性能,對腔體吸收器的太陽能槽式系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計,優(yōu)化后系統(tǒng)采用水為工質(zhì)時,集熱溫度達(dá)到92.5℃時,系統(tǒng)運行效率達(dá)到了54.66%,這一集熱效率已達(dá)到真空管吸收器的水平。在同一太陽能槽式集熱系統(tǒng)上開展了腔體吸收器與金屬直通式真空管吸收器中溫集熱性能比較實驗,研究結(jié)果顯示太陽能槽式系統(tǒng)采用導(dǎo)熱油為工質(zhì)時,集熱溫度為180℃-200℃,系統(tǒng)采用腔體吸收器和金屬直通式真空管吸收器的集熱效率分別為40.02%和42.44%。
【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK513
【圖文】：

年送給地球的輻射能相當(dāng)于人類消耗能源總和的一萬倍。因此太陽能輻合理開發(fā)與利用是實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展最為直接的方式之一，對全球社具有積極重要的意義[8-13]。表 1.1 2006 年和 2030 年全球各種能源消耗在工業(yè)能耗中所占的比例（%）能源種類 石油 天然氣 煤 電能 可再生能源2006 34.56 24.14 24.81 14.95 1.542030 28.62 25.59 24.32 19.70 1.77由于太陽能輻射資源的波動性，導(dǎo)致了太陽能輻射資源在世界各地的時間上分布是變化的，為了定性的表述各地太陽能輻射資源的情況，在太資源分類方面，氣候氣象學(xué)家基于太陽輻射資源在經(jīng)度和緯度間的差異將全世界的太陽輻射資源劃分為四個氣候帶，其中我國的太陽能輻射資分布見圖 1.1。

學(xué)博士學(xué)位論文 第公司、皇明太陽能股份有限公司、鑫諾太陽能管業(yè)有限公司等同樣這些公司所生產(chǎn)的金屬直通式真空管亦存在成本較高的問，可將之間的抽真空處理所需的高難度技術(shù)舍棄，金屬與玻璃種腔體式吸收器簡化了生產(chǎn)工藝，但也會導(dǎo)致其所搭載系統(tǒng)的效十年以來，國際社會關(guān)于線聚焦型吸收器所開展的研究十分廣型的吸收器，Boyd[35]提出了吸熱面為開口圓柱形設(shè)計的線聚為了減少腔體吸收器外壁對環(huán)境的對流和輻射熱熱損，在腔體了圓弧形的保溫層，見圖 1.2。

了圓弧形的保溫層，見圖 1.2。圖 1.2 Boyd 提出的吸熱面為開口圓柱形的腔體吸收器a[36]對 Boyd 所提出的腔體吸收器進行了結(jié)構(gòu)的改進，在腔體吸吸熱圓管，為了減少腔體吸收器開口處的熱損失，在腔體吸收了具有溫室效應(yīng)作用的玻璃鏡，見圖 1.3。

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 許成木;李明;季旭;蔡偉平;;槽式太陽能聚光器焦面能流密度分布的頻數(shù)統(tǒng)計分析[J];光學(xué)學(xué)報;2013年04期

2 張鐸;邱凌;鄧媛方;;用于沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的聚光型太陽能加熱裝置研究[J];西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 牛福新;三套管蓄能型熱泵集成系統(tǒng)運行特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

2 王富強;太陽能多碟聚光系統(tǒng)聚集特性及吸熱器光熱力特性[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

3 許成木;槽式聚光太陽能系統(tǒng)光熱能量轉(zhuǎn)換利用理論與實驗研究[D];云南師范大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 付比;可折疊展開式傘狀龍骨結(jié)構(gòu)聚光器結(jié)構(gòu)及性能分析[D];蘭州理工大學(xué);2012年

2 常騰飛;太陽能斯特林熱發(fā)電系統(tǒng)光熱轉(zhuǎn)化熱效率的研究[D];湖南科技大學(xué);2014年

本文編號：2792791