碟式太阳能半球形腔式吸热器热性能的实验研究

【摘要】：太阳能作为地球上储量最为丰富的可再生清洁能源之一,将其作为替代能源来发展是具有十分广阔前景的。若想高效大规模的利用太阳能,太阳能发电是很好的一种方式,目前对它的研究主要集中于光热利用和光伏发电,无论是采用哪种方式,利用聚光的方法把低密度的地表太阳辐射聚集起来都可以提高其利用效率。槽式、塔式和碟式是目前太阳能聚光的主要方式,碟式较槽式和塔式太阳能集热系统具有启动损失小、系统成本降低潜力大的优势,而且其光电效率可以达到29.4%,在这三种集热系统中是最高的,因此碟式太阳能集热系统也成了国内外学者研究的热点。吸热器是太阳能集热系统中最为重要的核心部件,它的作用是最大限度的吸收聚光器反射聚集来的太阳能并将其转化成热能,然后传递给循环工质进行下一步的热利用。因此吸热器性能的好坏会直接影响到集热系统的光热转换效率,进而会影响到整个集热系统的热效率,因此开展对吸热器的研究意义远大。通过对聚光器焦平面温度场的实验测试发现,实际焦平面上的光斑形状并非是规则的圆盘形状,而是呈现出近似椭圆的不规则形状,聚光器的实际焦点与理论焦点有一定差距,参考前人对腔式吸热器的数值模拟成果以及温度场的测试结果,本文设计制作了一款半球型腔式吸热器,将其安装于碟式太阳能聚光器的焦点位置,并开展了一系列的实验研究,初步测试了整个系统的热性能。实验结果发现,该吸热器具有很好的热性能,直接辐照度会对集热系统的热功率和热效率产生很明显的影响,热功率会随着直接辐照度的增大而提高,热效率却随着直接辐照度的增大而降低;集热系统所用工质流量的增加会引起吸热器内壁温度的下降,随流量的不断加大,热功率及热效率都随之增大,且流量较小的情况下,这种影响尤为明显;随着季节的变化,环境温度如果降低的话,集热器的热功率和热效率都有一定程度的提高,说明吸热器进水口温度的降低对集热系统热功率和热效率的提高有正面促进的作用;在课题后期,又对所设计制作的腔式吸热器内腔喷涂了太阳能选择性吸收涂层,通过对前后数据的对比分析发现,增加太阳能选择性吸收涂层后集热器的热功率和热效率都有显著的提高。本文还对聚光器沉积灰尘后对集热系统的影响开展了一定的实验研究,通过对聚光器沉积灰尘前后的数据进行对比分析发现,聚光器表面沉积灰尘后会导致吸热器腔体内部壁面温度的下降,从而引起集热系统的热功率和热效率明显地降低。 【关键词】：太阳能碟式聚光 半球形腔式吸热器 热功率 热效率 聚光器积灰 选择性吸收涂层
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题背景8-10
• 1.1.1 能源现状8-9
• 1.1.2 太阳能简介9
• 1.1.3 地面上太阳辐照强度的计算9-10
• 1.2 太阳能发电技术10-11
• 1.2.1 太阳能发电技术概况10-11
• 1.2.2 碟式太阳能热发电的发展11
• 1.3 腔式吸热器的国内外研究现状11-12
• 1.3.1 腔式吸热器的国外研究现状11
• 1.3.2 腔式吸热器的国内研究现状腔式吸热器的国内研究现状11-12
• 1.3.3 国内外研究对本课题的启发12
• 1.4 课题研究的目标、内容和意义12-14
• 1.4.1 研究目标12-13
• 1.4.2 研究内容13
• 1.4.3 研究意义13-14
• 第二章 集热系统组成及其吸热器的设计14-28
• 2.1 碟式太阳能集热系统的组成14-17
• 2.1.1 跟踪控制系统14
• 2.1.2 聚光器14-16
• 2.1.3 吸热器16-17
• 2.2 聚光器焦平面温度场的测试17-23
• 2.2.1 焦平面温度场基本测试方法简介17
• 2.2.2 焦平面温度场测试系统及实验过程17-21
• 2.2.3 焦面温度场测试结果分析21-23
• 2.3 半球形腔式吸热器的设计23-28
• 2.3.1 腔式吸热器存在的主要热损失23-26
• 2.3.2 吸热器的设计形状与具体尺寸26-28
• 第三章 半球形腔式吸热器热性能实验研究28-42
• 3.1 碟式太阳能集热系统热性能的理论计算28-30
• 3.1.1 描述腔体吸热器热流场的控制方程28-29
• 3.1.2 描述腔体吸热器热流场的辐射传热模型29-30
• 3.1.3 聚光集热过程的能量平衡方程30
• 3.2 实验测试系统及实验过程30-31
• 3.2.1 实验测试设备及系统30-31
• 3.2.2 实验过程31
• 3.3 吸热器最佳安装位置的确定31-33
• 3.4 气候条件对集热系统热性能的影响33-38
• 3.4.1 直接辐照度对集热系统热性能的影响33-36
• 3.4.2 环境温度对集热系统热性能的影响36-38
• 3.5 最佳流量的确定38-42
• 第四章 积灰和吸热涂层对系统热性能的影响42-50
• 4.1 聚光器积灰对于集热系统热性能影响42-46
• 4.1.1 实验设备及实验过程42
• 4.1.2 实验结果的分析42-46
• 4.1.3 实验出现的问题及分析46
• 4.2 吸热器内腔增加太阳能选择性吸收涂层对集热系统热性能的影响 .. 3946-47
• 4.2.1 选择性吸收涂层相关知识简介46
• 4.2.2 实验设备及实验过程46-47
• 4.3 实验结果分析47-50
• 第五章 结论与展望50-52
• 5.1 结论50-51
• 5.2 本文工作的创新点51
• 5.3 今后工作的改进和展望51-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-56
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果56

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