基于腔体吸收器的菲涅尔反射式聚焦型太阳能集热器

【摘要】：本文提出了两种基于腔体吸收器的菲涅尔反射式太阳能集热器，线性菲涅尔反射式太阳能集热器和点聚焦塔式菲涅尔反射式太阳能能集热器并对其集热性能进行了理论和实验研究主要包括以下几个方面的研究内容： 1．利用热力学第二定律对基于腔体吸收器的太阳能光热转化过程进了分析，分析了不同聚光比下腔体吸收器的可以达到的最高温度和火用效率最高时的集热器最佳运行温度 2.根据菲涅尔集热器的工作原理，设计了14.4m~2的线性菲涅尔反射式太阳能集热器，对其光学性能和集热性能进行了理论研究采用三角管束腔体吸收器时，集热器的光学效率最高可达77.5%，同时，利用CFD方法对三角腔体吸收器的热性能进行了研究，发现辐射热损失为主要的热损失项，在工作温度为90°C时，腔体吸收器总热损失为54W/m，热损失系数为11.4W/m~2K，当工作温度为250°C，总热损为246.7W/m，热损失系数为21.0W/m~2K 3.搭建了线性菲涅尔反射式太阳能集热器实验装置，并对其集热性能进行了实验研究系统的空晒性能参数为0.364m~2K/W，空晒温度达到260°C在工质入口温度为90°C时，热效率为45%，腔体吸收器的热损失为65W/m，120°C时热效率为40%，热损为80W/m，当入口温度到达150°C时热效率为36.6%，热损为110W/m 4.提出了一种新型的基于菲涅尔反射技术的二次聚焦塔式太阳能集热器及其设计方法，设计了一个由三组定日组成的小型塔式太阳能集热器，定日镜总面积为24m~2分析了塔式集热器的光学性能，光线垂直入射时，其光学效率能到达65%左右通过CFD分析，腔体吸收器在工作温度区间100°C~250°C时，总热损失为524.7W~1927.8W,热损失系数为38.8W/m~2K~51.6W/m~2K 5.搭建了菲涅尔反射式二次聚焦塔式蒸汽发生系统的实验台测试结果表明，入口温度为80°C时，集热器热效率为54%，100°C时为52.2%，110°C时，热效率为51.6%工质进口温度为75°C时，圆锥腔体吸收器的热损失系数为34.89W/m~2K，热损失为349.4W110°C时，热损失系数为38.6W/m~2K，热损失为583.4W 【关键词】：太阳能热利用 菲涅尔反射镜 腔体吸收器 性能分析
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK513.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 研究背景和意义13-15
• 1.2 研究与应用现状15-21
• 1.2.1 菲涅尔反射式聚焦集热器研究现状15-18
• 1.2.2 塔式太阳能集热器的研究现状18-21
• 1.3 以往研究工作的总结和存在的问题21-22
• 1.4 本文的主要研究工作22-23
• 第二章 基于腔体吸收器的太阳能聚光能量系统热力学分析23-29
• 2.1 聚焦式太阳能系统的热力过程23-24
• 2.2 基于腔体吸收器热效率热力学分析24-26
• 2.3 集热器最佳运行温度26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 菲涅尔反射式聚焦集热器设计29-60
• 3.1 线聚焦反射式菲涅尔集热器29-40
• 3.1.1 线聚焦反射式菲涅尔集热器设计29-35
• 3.1.2 线聚焦反射式菲涅尔集热器光学性能分析35-40
• 3.2 点聚焦反射式菲涅尔集热器40-54
• 3.2.1 点聚焦反射式菲涅尔集热器设计42-48
• 3.2.2 点聚焦反射式菲涅尔集热器光学性能分析48-54
• 3.3 聚焦型太阳能集热器光斑能流密度的测定54-59
• 3.3.1 测试设备55-56
• 3.3.2 能流密度的标定56-57
• 3.3.3 测量误差分析57
• 3.3.4 结果分析57-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第四章 菲涅尔反射式太阳能集热器腔体吸收器集热性能60-74
• 4.1 线聚焦三角腔体吸收器的热性能60-68
• 4.1.1 数学模型61-63
• 4.1.2 物性参数63-64
• 4.1.3 边界条件的设定64
• 4.1.4 网格划分和求解模型64-65
• 4.1.5 模拟结果及分析65-68
• 4.2 点聚焦三角腔体吸收器的热性能分析68-73
• 4.2.1 数学模型及边界条件69-70
• 4.2.2 网格划分和求解模型70-71
• 4.2.3 模拟结果及分析71-73
• 4.3 本章小结73-74
• 第五章 菲涅尔反射式太阳能聚焦型集热器性能实验74-89
• 5.1 线聚焦菲涅尔反射式太阳能集热器测试74-82
• 5.1.1 实验台的搭建74-77
• 5.1.2 线聚焦菲涅尔反射式太阳能集热器测试77-78
• 5.1.3 空晒性能参数78-79
• 5.1.4 瞬时热效率及热损79-82
• 5.2 点聚焦反射式菲涅尔太阳能集热器测试82-88
• 5.2.1 实验台的搭建82-84
• 5.2.2 点聚焦反射式菲涅尔太阳能集热器的测试84-85
• 5.2.3 热效率及热损失85-88
• 5.3 本章小结88-89
• 第六章 结论与展望89-91
• 6.1 研究总结89-90
• 6.2 工作展望90-91
• 参考文献91-95
• 致谢95-96
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文96

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