太陽能光熱發(fā)電技術(shù)緩解了不可再生資源枯竭、生態(tài)破壞與人類對(duì)能源需求量日益上升之間的矛盾。太陽能光熱發(fā)電技術(shù)包括槽式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)、塔式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)和碟式太陽能光熱發(fā)電技術(shù),其中碟式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)以其布局靈活、可模塊化、適合建立分布式能源系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)受到各國(guó)政府及學(xué)者的青睞。吸熱器作為碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,其腔體形狀以及在運(yùn)行過程中存在的光學(xué)損失和換熱損失會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能,因此,吸熱器是碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的研究重點(diǎn),對(duì)它的研究具有重大意義。本文建立了基于蒙特卡洛法的光學(xué)追蹤模型以及基于有限容積法的三維傳熱模型,利用TracePro光學(xué)模擬軟件和Fluent數(shù)值模擬軟件對(duì)復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器光學(xué)性能及換熱性能進(jìn)行探討。首先,對(duì)復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器腔體和球形吸熱器腔體的光學(xué)性能進(jìn)行比較,之后以光學(xué)性能較好的復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器腔體為研究對(duì)象,探討了腔體內(nèi)壁面吸收率、聚光鏡反射率及太陽輻照強(qiáng)度等光學(xué)參數(shù)對(duì)其光學(xué)性能的影響。同時(shí)也得出了反射錐錐角、采光口與聚光鏡焦平面之間的距離以及石英光學(xué)窗口厚度等幾何參數(shù)對(duì)復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器腔體光學(xué)性能的影響規(guī)律。其次,針對(duì)吸熱器內(nèi)壁面能流分布不均勻的情況,利用TracePro軟件得到吸熱管壁能流分布,并將其作為傳熱模型的熱源,考慮吸熱器與吸熱工質(zhì)熔鹽以及環(huán)境空氣之間導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射的耦合換熱,利用Fluent軟件得到無光學(xué)窗口和加裝光學(xué)窗口的復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器在不同吸熱器傾角下的各項(xiàng)熱損失、熱效率及系統(tǒng)光熱轉(zhuǎn)化效率。最后研究了非均勻熱流下熔鹽入口速度、熔鹽入口溫度及輻照強(qiáng)度對(duì)無光學(xué)窗口的復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器換熱性能的影響。研究結(jié)果表明:與球形吸熱器腔體相比,復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器腔體具有較好的光學(xué)性能;吸熱器腔體形狀對(duì)系統(tǒng)光學(xué)效率的影響較小,但對(duì)腔體內(nèi)壁面能流密度分布的影響較大;復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器腔體內(nèi)壁面吸收率及聚光鏡反射率增大時(shí),復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器總光通量和系統(tǒng)光學(xué)效率均呈上升趨勢(shì);輻照強(qiáng)度增加時(shí),復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器總光通量增大,但系統(tǒng)光學(xué)效率沒有變化;反射錐錐角會(huì)影響復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器腔體光線數(shù)、腔體光通量和系統(tǒng)光學(xué)效率,復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器腔體在反射錐錐角為160°時(shí)具有最大光通量和系統(tǒng)光學(xué)效率;采光口與聚光鏡焦平面之間的距離從-100mm變化到100mm時(shí),側(cè)面面光通量和系統(tǒng)光學(xué)效率都呈正態(tài)分布,距離在-30mm到0mm時(shí),光學(xué)窗口厚度對(duì)側(cè)面光通量及系統(tǒng)光學(xué)效率影響較小。復(fù)合圓臺(tái)形吸熱器加裝光學(xué)窗口后,吸熱管壁能流密度下降,但分布規(guī)律基本沒有變化;各項(xiàng)熱損失隨吸熱器傾角的增加而減小,其中對(duì)流熱損失對(duì)傾角的變化比較敏感,加裝光學(xué)窗口后,各項(xiàng)熱損失下降速度減緩;光學(xué)窗口的存在使得吸熱器熱效率有所提高,但是系統(tǒng)光熱轉(zhuǎn)化效率卻有一定幅度的下降;熔鹽出口溫度、正面管壁平均溫度及各項(xiàng)熱損失隨熔鹽入口速度的增加而逐漸下降,隨熔鹽入口溫度及輻照強(qiáng)度的增加而逐漸上升;吸熱器熱效率隨熔鹽入口速度的增大而增大,隨熔鹽入口溫度的提高而減小,隨輻照強(qiáng)度的增強(qiáng)呈先增加后減小的趨勢(shì),而且熔鹽入口速度越大,使熱效率開始減小的輻照強(qiáng)度越大。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK513;TM615
【部分圖文】：

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文熱發(fā)電系統(tǒng)利用大量獨(dú)立定日鏡將太陽光線反射中吸熱工質(zhì)吸收熱量后進(jìn)入蒸汽發(fā)生器與水發(fā)生熱汽輪機(jī)發(fā)電，見圖 1-2。熱發(fā)電系統(tǒng)中有大量定日鏡，因此，塔式太陽能熱1500，運(yùn)行溫度達(dá)到 1000°C，屬于高溫發(fā)電。光熱發(fā)電系統(tǒng)熱發(fā)電系統(tǒng)利用碟狀的拋物面反射鏡將太陽光線聚輻射加熱吸熱工質(zhì)，吸熱工質(zhì)與蒸汽發(fā)生器中的工汽輪機(jī)發(fā)電，見圖 1-3。發(fā)電系統(tǒng)聚光比高達(dá) 3000 以上，系統(tǒng)運(yùn)行溫度可

輻射加熱吸熱工質(zhì)，吸熱工質(zhì)與蒸汽發(fā)生器中的工汽輪機(jī)發(fā)電，見圖 1-3。發(fā)電系統(tǒng)聚光比高達(dá) 3000 以上，系統(tǒng)運(yùn)行溫度可圖 1-1 槽式太陽能光熱發(fā)電Fig. 1-1 Trough solar thermal power generation

圖 1-3 碟式太陽能光熱發(fā)電Fig. 1-3 Dish solar thermal power generation碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)在電站規(guī)模、聚光比、運(yùn)異，三種太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的性能對(duì)比見表 1-1相比，碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)聚光比和運(yùn)行溫度太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)因其單機(jī)容量較小，一般為 5塊化，適合建立分布式能源系統(tǒng)[3-6]。近年來，碟式政府及眾多學(xué)者的關(guān)注。建立太陽能熱發(fā)電示范站提出后，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)碟式光熱發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技電技術(shù)將愈加成熟。表 1-1 三種光熱發(fā)電方式的對(duì)比b. 1-1 Comparison of three types of solar thermal power genera發(fā)電方式槽式 塔式
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