腔式太阳能吸热器热性能的模拟计算

腔式吸热器是塔式太阳能热发电系统中非常关键的一个部件,它的性能直接关系到整个发电系统的效率,因此对吸热器内的太阳能热流密度及吸热器的效率进行计算在吸热器设计中便显得尤为重要.本文提出了一种综合计算的方法来解决这个问题:首先利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法来模拟吸热器内太阳光束的行为,得到吸热器内的太阳能热流密度分布;然后利用流动换热的相应公式计算出吸热器内吸热管道的壁温;接着再对吸热器内空气的流场进行计算得到吸热器管道的热损失.利用这种综合计算的方法可以估算出太阳能在吸热器表面的热流密度分布以及吸热器的效率,为吸热器设计提供一定的理论指导.     

塔式吸热器中辐射传播过程的参数分析

采用自编程的蒙特卡罗光线追迹程序模拟了太阳辐射在吸热器中的传播过程,计算求得了吸热体内的热流密度分布情况。由随机光于的传播特性可知,不同的系统参数会对吸热体内辐射分布产生影响。根据太阳辐射在吸热器中的传播顺序,本文依次考察了入射光倾角、多孔介质的几何形状以及厚度、吸收系数与消光系数比值(μ_a/μ_t)以及孔隙率(ε)等因素对SiC泡沫金属吸热体内吸收辐射分布的影响。计算结果表明入射光倾角和吸热体的几何形状是影响吸热体内热流分布均匀性的主要因素,且随着μ_a/μ_t比值的降低和ε的增加,吸热体内热流密度极值迅速减小,同时厚度方向的热流密度梯度变缓。本文的研究结果可以为太阳能吸热器的结构设计和材料选择提供参考。     

有压腔式吸热器复杂耦合换热机理数值研究

本文建立了有压腔式太阳能吸热器(PVSR)轴对称计算模型,运用蒙特卡罗光线追踪法(MCRT)模拟了二次聚光器(SC)与有压腔式吸热器(PVR)系统内聚光过程与光热转换过程,进而与计算流体与传热的有限容积方法(FVM)结合研究了高温高压吸热器内复杂耦合传热过程.在此基础上,进一步对比考察了考虑不同换热过程的换热机理,分析...     

多点聚焦下腔式吸热器水动力特性的研究

塔式太阳能热发电系统中,由于镜场辐射投射到吸热器受热面上同一目标点(即单点聚焦),造成受热面局部区域高度集中,呈现出时间和空间分布的不均匀现象,导致系统工质流量分配及水循环安全特性恶化。为此,在前面研究的基础上,研究了多点聚焦方式下,腔式吸热器热负荷分布和受热管组内工质流量分配、热偏差及流动特性,为塔式太阳能腔式吸热器安全运行及其水动力特性优化控制提供参考。     

碟式太阳能复合圆锥型腔式吸热器热性能评估

在碟式太阳能热发电技术中,吸热器是光热转换的重要装置,其热性能直接影响整个电站的安全可靠性和经济性.本文针对碟式聚光集热系统,采用光线踪迹法,建立复合圆锥型腔式吸热器内表面热流密度分布数值模型及吸热器内传热耦合模型,探究腔体结构对受热面热流密度分布特性及吸热器热传热耦合特性的影响.研究结果表明:腔体内部锥角α增大时,腔体内表面热流密度呈现不同的分布规律,腔式吸热器辐射热损失逐渐增大,对流热损失先增大后减小;通过选择合理的吸热器内部锥角,可以有效地优化吸热器热效率.     

螺旋盘管腔式熔盐太阳能吸热器的分析优化和研制

针对电工所开发的太阳能制氢用碟式聚光器,本文提出了一种螺旋管腔式熔盐太阳能吸热器,建立了螺旋管腔式熔盐太阳能吸热器的数学物理模型,进行了吸热器性能的计算分析,得到了吸热器结构参数以及熔盐流速对吸热器性能的影响规律,并从中选择了吸热器的最优结构参数,在此基础上研制出了螺旋盘管腔式熔盐太阳能吸热器样机.     

太阳能腔式吸热器表面反射率的选择

由于开口处阳光能流密度的不均匀分布以及阳光的单侧投射使得太阳能腔式吸热器内部吸热管表面的热流密度分布呈现出高度得不均匀性,严重影响吸热器运行的安全可靠性。采用建立的耦合计算模型对一个饱和蒸汽太阳能腔式吸热器的热性能进行了数值模拟,提出了一种沸腾管表面反射率的优化分布方式,从而改善了吸热器内部沸腾管表面热流密度和温度分布的不均匀性.     

对称型太阳能聚光集热系统吸热器能流分布的运动累加计算方法EI北大核心CSCD

基于太阳能聚光集热系统的几何对称特性,提出一种运动累加方法来计算吸热器的能流密度分布。采用光线跟踪方法,推导了吸热器表面能流分布的运动累加数学模型,此模型可以将光线跟踪过程转换为旋转运动或平移运动,避免大量求解光线与吸热器曲面的联立方程组。在Visual C++平台编制运动累加程序,计算了典型的碟式和槽式系统配置不同吸热器的能流密度分布,并与文献对比验证了该方法的正确性。结果表明,在碟式—腔式吸热器中,跟踪光线6.10×108根需112s,在结果符合的情况下可跟踪光线9.648×107根,这样仅需16s。运动累加方法的计算过程较简单,且具有一定的计算效率,可以为对称特征的聚光集热系统参数协同优化提供一定参考。     

对称型太阳能聚光集热系统吸热器能流分布的运动累加计算方法

基于太阳能聚光集热系统的几何对称特性,提出一种运动累加方法来计算吸热器的能流密度分布。采用光线跟踪方法,推导了吸热器表面能流分布的运动累加数学模型,此模型可以将光线跟踪过程转换为旋转运动或平移运动,避免大量求解光线与吸热器曲面的联立方程组。在Visual C++平台编制运动累加程序,计算了典型的碟式和槽式系统配置不同吸热器的能流密度分布,并与文献对比验证了该方法的正确性。结果表明,在碟式—腔式吸热器中,跟踪光线6.10×108根需112s,在结果符合的情况下可跟踪光线9.648×107根,这样仅需16s。运动累加方法的计算过程较简单,且具有一定的计算效率,可以为对称特征的聚光集热系统参数协同优化提供一定参考。     

太阳能吸热器玻璃窗辐射与导热计算

在太阳能塔式热发电空气吸热器工作过程中,吸热器玻璃窗受到聚焦太阳光、环境以及吸热面（体）的复合辐射。本文采用改进蒙特卡罗法、有限容积法,研究了太阳能空气吸热器石英玻璃窗半透明介质内部辐射与导热的耦合换热,研究了不同厚度半透明介质石英玻璃窗在工作面处于不同第三类边界条件下的稳态温度分布。研究表明石英玻璃的厚度和内侧空气温...     

抛物碟式太阳能聚光器的聚光特性分析与设计

点聚焦碟式太阳能聚光反射器,应用光线追迹法模拟分析了存在太阳张角时,相同开口采光面积、不同形状的聚光器分别在相同焦距、相同边缘角情况下的聚光特性。考虑到太阳形状、开口采光面形状、抛物面焦距、抛物面边缘角及接收器的遮挡作用等几何因素,并结合旋转抛物面聚光器的光学特性,建立了模拟仿真的几何模型。采用光线追迹法直观地模拟了聚光接收面上的平均能流分布特性。为对聚光器的聚光特性进行定量评价,采用了面积效率因子的概念。模拟结果表明,采光面积相同时,等焦距的4种不同开口形状的聚光器具有相近的聚光能流比;等边缘角时,除圆形聚光器外的3种聚光器有较大光能损失。设计了多碟共焦聚光器,用低聚光比聚光器组合达到高倍聚光效果,并分析了聚光特性,为碟式太阳能聚光反射系统的设计和优化提供了参考。     

用于太阳光泵浦激光的抛物面环形阵列聚光器

为研制适用于太阳光直接泵浦激光器的聚能系统,在分析菲涅尔透镜聚光原理及缺陷的基础上,提出抛物面环形阵列聚光器的设计方法。完成了由抛物面环形阵列聚光器、菲涅尔透镜及复合抛物面聚光器（CPC）组成的太阳光泵浦激光器二级聚能方案,并与传统菲涅尔透镜方案进行了对比。光线追迹仿真分析表明:新型聚光器能够克服传统菲涅尔透镜的色散、小棱镜面像差及光线遮挡的缺陷,从而提高聚能效,使用抛物面环形阵列聚光器的多级聚能方案较传统菲涅尔透镜的多级聚能方案聚光比提高约18.5%,更适合于大相对孔径、高聚光比聚光场合的应用。     

平板型玻璃镜反射太阳能聚光光伏系统的实验研究

提出了一种平板型玻璃镜反射太阳能聚光器,用于太阳能聚光光伏/光热利用.其结构主要由平面框架上倾斜放置粘贴或镶嵌在平直型材上的多块条形玻璃镜构成,聚光接受体为平板光伏电池或集热管.条形玻璃镜的宽度和倾斜角度随自身所处位置、聚光接受体形状尺寸和安放角度,是否考虑太阳入射光立体角影响等因素由所给公式确定.利用CCD 法测量了...     

光漏斗聚光定向传光中央接收太阳能集热系统

提出了一种新型中央接收式太阳能高温集热系统,介绍了系统的运行原理,分析了系统的热效率影响因素。这个新型的太阳能高温集热系统具有如下特点:可将多个光漏斗和偏光器组成一个太阳能聚光器阵列,每个聚光器都能将低能流密度的太阳光束会聚成高能流密度的平行光束,并由偏光器传送到中央接收器,于是中央接收器可获得很高的太阳光照射能流,转化为热能后将产生很高的温度,从而实现太阳光高温聚能。本系统的中央接收器无需建在高塔上,节省了建设费用,而且所有光漏斗跟踪太阳的方式相同,控制策略简单,定向偏光器的出光方向设定后可以固定不变,因而使整个系统结构简单,技术上易于实现。     

多曲面复合聚焦槽式太阳能集热器的研究

对一种多曲面复合聚焦槽式太阳能聚光集热器进行了理论与实验研究,介绍了其工作原理,对其重要的设计参数进行了计算和优化,给出了大致的取值范围.该新型槽式聚光集热器能够利用多曲面组合实现对太阳光反射聚焦,并具有在反射面上不留阴影、改善高温太阳能接收器的工作性能.实验表明,装置在低温段运行效率在45%以上.在高温段(≥80℃)...     

Thermal modeling optimization and experimental validation for a single, concentrator solar cell system with a heat sink

A single concentrator solar cell model with a heat sink is established to simulate the thermal performance of the system by varying the number, height, and thickness of fins, the base thickness and thermal resistance of the thermal conductive adhesive. Influence disciplines of those parameters on temperatures of the solar cell and heat sink are obtained. With optimized number, height and thickness of fins, and the thickness values of base of 8, 1.4 cm, 1.5 mm, and 2 mm, the lowest temperatures of the solar cell and heat sink are 41.7℃ and 36.3℃ respectively. A concentrator solar cell prototype with a heat sink fabricated based on the simulation optimized structure is built. Outdoor temperatures of the prototype are tested. Temperatures of the solar cell and heat sink are stabilized with time continuing at about 37℃-38℃ and 35℃-36℃ respectively, slightly lower than the simulation results because of effects of the wind and cloud. Thus the simulation model enables to predict the thermal performance of the system, and the simulation results can be a reference for designing heat sinks in the field of single concentrator solar cells.     

可折叠展开式伞状龙骨聚光器的聚光性能

针对可折叠展开式伞状龙骨聚光器具有自重低、功率高、比冲高、推力适中的特点,利用ANSYS和ZEMAX软件对功率为100 kW的可折叠展开式伞状龙骨聚光器在太空环境中的聚光性能进行模拟分析。在太阳风及衬底薄膜表面张力的影响下,伞面最大应力为1.66 MPa,远小于Kevlar材料及Ti-6Al-4V龙骨材料的阈值强度,伞面最大形变仅为0.941 mm,焦斑半径为6.37 cm,几何聚光比可达5 917,比标准抛物面仅减小了1.25%。结果表明:将材质轻、抗拉伸强度高的伞状龙骨结构引入可折叠展开式聚光器的设计方案,在很大程度上抵消了衬底薄膜材料表面张力及太阳风对聚光器工作形态的影响,可消除褶皱,提高可折叠展开式伞状龙骨聚光器的结构稳定性及可展开度,同时证明了伞状龙骨结构及Kevlar材料的选择是合理的。     

基于量子点的荧光型太阳能聚光器

近年来,量子点在结构可控、光谱调节和光学稳定方面的研究进展,表明基于量子点的聚光器件表现出优于基于传统有机染料分子的光输出性能。量子点聚光器成为目前量子点研究领域的新方向。量子点在宏量制备和绿色制备方面的深入研究,使得量子点的制造成本逐步降低,基于量子点的聚光器具有光电转换效率和成本上的优势。本文综述了量子点聚光器的研究进展,主要包括荧光型聚光器的优点、聚光器对量子点光学性质的要求、器件制备的工艺和器件的性能表征方法。重点阐述了量子点的太阳光吸收能力、荧光量子产率和重吸收等关键因素对聚光器件性能的影响,同时介绍了该领域目前最新的研究方向,展望了廉价太阳能窗户在未来城镇建筑上的潜在应用。     

Integration of Phase Change Material in the Design of Solar Concentrator-Based Water Heating System

Indonesia has been blessed with excellent solar heat distribution, which can be used as renewable energy to heat water. Various technologies have been developed to utilize these inexhaustible thermodynamic resources, in the form of photons arrays, converted into concentrated heat for daily use, i.e., solar water heater. This renewable-based water heating system can provide significant energy efficiency, benefit the environment, and reduce energy use costs. This experimental study attempts to harvest the energy from the sun using a cylindrical through collector (CTC) type solar concentrator. The CTC was made of the solar reflective film (SRF) affixed to concentrator collector surfaces which was then mounted on an adjustable angle frame of the concentrator collector support. The heat generated from the concentrator was stored in water, and phase change material is embedded in the system to retain the heat longer. The research was carried out in Langsa City, Aceh, Indonesia. The results showed that water heaters using CTC systems could produce 16 L of hot water retained at 40–60 °C for four hours. With the addition of beeswax, the water temperature of the same capacity can be maintained at 40–60 °C for around 5 h. This technology demonstrated an excellent result that produces as much as 60 L of water per day, increasing solar thermal energy efficiency. This technology presented a great potential for replication or even for further development on an industrial scale.