5kW点聚焦太阳能斯特林发电系统的性能分析

【摘要】： 本文针对5kW点聚焦太阳能斯特林发电系统进行了性能分析。主要研究了点聚焦太阳能聚光器的误差对系统的功率和效率的影响。对所用的太阳能聚光器进行了设计,并对系统一天的运行功率输出和效率变化进行了数值模拟。 论文首先采用接近实际应用的等温模型对斯特林发动机进行建模,分别考虑了斯特林发动机中存在的三种流动阻力引起的功率损失和八种热损失引起的效率损失。其次,对5kW点聚焦太阳能斯特林系统聚光器进行了分析和设计,考虑了实际聚光器在加工过程中精确度引起的反射面与理想旋转抛物面之间存在的偏差即反射面倾斜误差和自动跟踪过程中存在的聚光器指向误差建立了两种误差分析模型。分别用这两种模型对聚光器存在的误差对聚光效率的影响进行了数值模拟。两种模型中,一种是基于聚光器误差几何模型,另一种采用经验模型公式。比较两种模型的结果可以看出,两种不同的数学模型计算的聚光器效率是基本一致的。 最后本文还对不同太阳辐射强度对点聚焦太阳能斯特林系统的影响进行了分析和模拟。分别分析和模拟了不同的反射倾斜误差、指向误差聚光器开口直径对太阳能聚光器的效率和系统总效率的影响。并模拟了南京某晴好一天5kW点聚焦太阳能斯特林系统的效率和输出功率变化情况。结果发现,在给定的设计聚光器尺寸、接收腔开口直径和斯特林发动机前提下,系统一天的效率和输出功率呈马鞍形。在太阳辐射强度最大的中午时刻,斯特林系统因转速的增加,流动阻力增加幅度很大,总效率和输出功率下降。 【关键词】：太阳能聚光器 表面倾斜误差 指向误差 马鞍形 斯特林发动机
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TK513;TK40
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-17
• 第一章 绪论17-23
• 1.1 研究背景17-18
• 1.2 斯特林发动机及其发展史18-20
• 1.2.1 古代斯特林发动机的发展19
• 1.2.2 现代斯特林发动机的开创阶段19-20
• 1.2.3 斯特林发动机的进一步发展阶段20
• 1.3 国内外研究状况20-22
• 1.3.1 国外研究状况20-21
• 1.3.2 国内研究状况21-22
• 1.4 研究的目的22-23
• 第二章 斯特林发动机理论数值模拟模型23-40
• 2.1 热气机和斯特林循环23
• 2.2 斯特林循环23-26
• 2.3 斯特林发动机几种分析计算方法的比较26-28
• 2.4 施密特分析28
• 2.5 实用等温计算法28-40
• 2.5.1 简化假设及限制条件29
• 2.5.2 基本功率估算29-34
• 2.5.3 流阻损失和指示功率34-36
• 2.5.4 热损失和示功循环效率36-40
• 第三章 5kW 点聚焦太阳能斯特林发动机数值模拟40-45
• 3.1 5kW 点聚焦太阳能斯特林发动机尺寸参数40
• 3.2 计算流程图40
• 3.3 5kW 点聚焦太阳能斯特林发动机计算结果40-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 5kW 点聚焦斯特林系统聚光器数值模拟和设计45-59
• 4.1 点聚焦太阳能聚光器45-46
• 4.2 点聚焦太阳能聚光器效率分析46-47
• 4.3 系数的选取47-48
• 4.4 点聚焦太阳能聚光器误差分析48-54
• 4.4.1 几何误差分析模型48-52
• 4.4.2 误差计算程序流程52-54
• 4.4.3 经验误差分析模型54
• 4.5 模拟结果分析54-56
• 4.6 5kW 点聚焦太阳能斯特林系统聚光器设计56-58
• 4.7 本章小结58-59
• 第五章 5kW 点聚焦太阳能斯特林系统数值模拟59-71
• 5.1 5kW 点聚焦太阳能斯特林系统数值模拟分析59
• 5.2 5kW 点聚焦太阳能斯特林系统计算程序59
• 5.3 计算模拟结果59-63
• 5.4 太阳辐射强度对系统影响的数值模拟63-68
• 5.5 数值模拟结论68-69
• 5.6 本章小结69-71
• 第六章 结论与展望71-74
• 6.1 对研究工作的总结71-72
• 6.2 对研究工作的展望72-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-80
• 作者攻读硕士学位期间发表论文80

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