本文針對兩種不同類型太陽能集熱器——雙層面蓋平板集熱器和線性菲涅爾反射式集熱器,利用熱遷移因子分析方法對其集熱性能進行了研究。重點推導(dǎo)了各自集熱性能指標瞬時熱效率、總熱損系數(shù)以及熱遷移因子等參數(shù)的數(shù)學(xué)解析式,并通過試驗驗證了數(shù)學(xué)模型的準確性與合理性。主要研究內(nèi)容概括如下:1.分析了雙層面蓋平板集熱器的結(jié)構(gòu)特點,繪制了熱網(wǎng)絡(luò)圖,分析了各部位的能量損失,發(fā)現(xiàn)頂部熱損失占主要比重,并給出總熱損系數(shù)UL的數(shù)學(xué)表達式。最后推導(dǎo)了其瞬時效率方程和熱遷移因子FR的數(shù)學(xué)解析式。2.搭建了雙層面蓋平板集熱器的試驗系統(tǒng)。根據(jù)國家標準GB/T 4271-2007《太陽能集熱器熱性能試驗方法》對該系統(tǒng)的集熱性能進行測試。在標準工質(zhì)流量0.02kg/m2·s工況下,根據(jù)測試結(jié)果采用最小二乘法擬合得到雙層面蓋平板集熱器的瞬時效率方程η=0.83-2.90T*,并繪制了瞬時效率曲線。基于瞬時效率方程計算出標準工質(zhì)流量下雙層面蓋平板集熱器的總熱損系數(shù)UL=3.12W/m2·℃,熱遷移因子FR=0.93。分析了不同工質(zhì)流量、不同進口工質(zhì)溫度等因素對瞬時效率的影響;研究了不同集熱器出口工質(zhì)溫度與環(huán)境溫差下總熱損系數(shù)的變化,并繪制了擬合方程的曲線;研究了不同工質(zhì)流量對熱遷移因子的影響,繪制了關(guān)系曲線。對不同工質(zhì)流量下熱遷移因子的理論值和試驗值進行了對比,誤差在1.27%～1.82%之間,驗證了數(shù)學(xué)模型的合理性。提出了優(yōu)化平板集熱器集熱性能的具體措施。3.介紹了線性菲涅爾反射式集熱器的基本結(jié)構(gòu)。分析了線性菲涅爾反射式集熱系統(tǒng)的鏡場布置原理,給出了 H、Qn、Sn和W等幾個重要參數(shù)之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)CPC腔體吸收器的最大接收半角θmax的合理選擇對于線性菲涅爾反射式集熱系統(tǒng)的鏡場排布具有重要意義。介紹了 CPC腔體吸收器的結(jié)構(gòu)曲線。分析了線性菲涅爾反射式集熱系統(tǒng)鏡場最佳初始角度的選擇,給出了不同太陽方位下,最佳初始角度的計算公式。重點研究了 CPC腔體吸收器的傳熱性能,繪制了其熱網(wǎng)絡(luò)圖,給出了各部位的能量平衡方程和換熱量的計算公式,并由此推出總熱損系數(shù)UL的數(shù)學(xué)解析式和線性菲涅爾反射式集熱器的瞬時效率方程。在瞬時效率方程中引入熱遷移因子FR并推導(dǎo)出其數(shù)學(xué)解析式。4.搭建了線性菲涅爾反射式集熱器的試驗系統(tǒng)。介紹了試驗臺的的基本情況和主要參數(shù)。采用瞬態(tài)測試法測試了線性菲涅爾反射式集熱器的集熱性能。通過測得的試驗數(shù)據(jù)擬合得到標準工質(zhì)流量0.02kg/m2·s下,線性菲涅爾反射式集熱器的瞬時效率方程η=0.65-1.97T*,并繪制了其瞬時效率曲線。根據(jù)瞬時效率方程,計算出標準工質(zhì)流量下,線性菲涅爾反射式集熱器的熱遷移因子FR=0.88,總熱損系數(shù)UL=9.75W/m2·℃。隨著歸一化溫差T*的增大,線性菲涅爾反射式集熱器的瞬時效率η呈線性減小;隨著集熱器出口工質(zhì)溫度與環(huán)境溫差ΔT的增大,線性菲涅爾反射式集熱器的總熱損系數(shù)UL逐漸增大并且增大的速度越來越快;隨著進口工質(zhì)溫度的升高,線性菲涅爾反射式集熱器的熱遷移因子FR逐漸減小并且減小的速度越來越快。提出了優(yōu)化線性菲涅爾反射式集熱器集熱性能的具體措施。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK513.1
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號說明
第一章 緒論
    1.1 研究的背景和意義
        1.1.1 能源現(xiàn)狀
        1.1.2 太陽能概述
        1.1.3 太陽能利用技術(shù)
    1.2 研究現(xiàn)狀及存在的問題
        1.2.1 太陽能平板集熱器的特點及研究現(xiàn)狀
        1.2.2 線性菲涅爾反射式集熱器的特點及研究現(xiàn)狀
        1.2.3 研究現(xiàn)狀總結(jié)和存在的問題
    1.3 本文的主要研究工作
第二章 太陽能集熱器熱遷移因子分析方法
    2.1 太陽能集熱器的效率因子
    2.2 太陽能集熱器的熱遷移因子
    2.3 本章小結(jié)
第三章 雙層玻璃蓋板平板集熱器集熱性能分析
    3.1 雙層玻璃蓋板太陽能平板集熱器結(jié)構(gòu)分析
    3.2 雙層玻璃蓋板太陽能平板集熱器集熱性能分析
        3.2.1 平板集熱器的基本能量平衡方程
        3.2.2 平板集熱器的總熱損系數(shù)
        3.2.3 平板集熱器的效率方程
        3.2.4 平板集熱器的效率因子
        3.2.5 平板集熱器的熱遷移因子
    3.3 本章小結(jié)
第四章 雙層玻璃蓋板平板集熱器集熱性能試驗測試
    4.1 試驗?zāi)康暮蛢?nèi)容
    4.2 試驗方法和條件
    4.3 試驗裝置和系統(tǒng)圖
    4.4 試驗步驟
    4.5 試驗數(shù)據(jù)分析
        4.5.1 瞬時效率曲線
L'>        4.5.2 總熱損系數(shù)UL

        4.5.3 熱遷移因子F_R

    4.6 平板集熱器優(yōu)化分析
    4.7 本章小結(jié)
第五章 線性菲涅爾反射式集熱器集熱性能分析
    5.1 線性菲涅爾反射式集熱系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
    5.2 線性菲涅爾反射式集熱系統(tǒng)鏡場布置
    5.3 CPC腔體吸收器結(jié)構(gòu)設(shè)計
    5.4 線性菲涅爾反射式集熱系統(tǒng)鏡場最佳初始角度的確定
    5.5 CPC腔體吸收器傳熱性能分析
    5.6 本章小結(jié)
第六章 線性菲涅爾反射式集熱器集熱性能試驗分析
    6.1 線性菲涅爾反射式集熱器試驗臺搭建
        6.1.1 線性菲涅爾反射式集熱系統(tǒng)鏡場
        6.1.2 CPC腔體吸收器和集熱管
        6.1.3 自動跟蹤和傳動系統(tǒng)
    6.2 線性菲涅爾反射式集熱器集熱性能試驗
        6.2.1 試驗?zāi)康募胺椒?br>        6.2.2 試驗裝置及系統(tǒng)圖
        6.2.3 試驗數(shù)據(jù)分析
    6.3 線性菲涅爾反射式集熱器集熱效率分析
    6.4 線性菲涅爾反射式集熱器優(yōu)化設(shè)計
    6.5 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 研究總結(jié)
    7.2 工作展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果

【參考文獻】

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3 趙春江,王恒龍;新型平板式集熱器的設(shè)計和性能[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2004年10期

4 徐益峰,王興安;平板太陽能集熱器熱性能的非穩(wěn)態(tài)測試方法[J];太陽能學(xué)報;1986年04期

5 涂頡,趙鎮(zhèn)南;平板集熱器熱性能的試驗研究[J];太陽能學(xué)報;1983年01期

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本文編號：2852654

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