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℃)...     

槽式太阳能集热器集热性能分析

本文运用蒙特卡罗光线追踪法(MCRT)模拟了抛物槽式系统聚光特性,并与计算流体与传热有限容积方法(FVM)结合,进一步研究了吸热管内耦合传热过程.聚光特性分析中考察了光不平行夹角、几何聚光比和边界角对太阳热流密度分布的影响;耦合传热模拟中考虑了液体油热物性随温度的变化以及吸收管外管壁辐射换热.模拟计算表明;模拟计算结果与文献数据对比符合较好,验证了计算方法与模拟程序的正确性.光不平行夹角主要对热流密度圆周方向分布产生影响,使其分布平缓,对热流密度轴向分布影响不大;随着几何聚光比的增大,太阳热流衰减区的角度跨度增大;随着边界角的增大,热流密度圆周分布曲线向圆周角90°方向平移,同时热流密度极大值降低.在太阳直射强度大致相同情况下,入口流速与入口温度对接收管表面对流换热与最大温差影响很大;同时变物性对流体对流换热影响也较大.     

槽式太阳能聚光集热器热性能数值研究

建立了槽式太阳能聚光集热系统的二维经验模型,应用试验数据验证了模型的可靠性。利用最新一代槽式太阳能集热管、结合LS-2聚光器,对其二者组成太阳能集热系统的光热性能进行了详细的数值研究,研究了传热流体流量、环境风速、传热流体与环境温差及环形空间压力等因素聚光集热器光热性能的影响。     

30m~2槽式太阳能集热器性能模拟研究

本文针对30 m~2槽式太阳能集热试验装置,对太阳能集热器的性能进行了模拟。分析了太阳能集热器光热转化过程,建立了太阳能能量转换与传递模型,并开发了模拟计算程序,研究了集热器关键结构参数和运行参数对集热性能的影响规律。具体考察了太阳辐照强度、工质流量、环境风速、吸热管管径等对集热效率的影响。结果表明:太阳能集热器的集热效率随太阳辐照强度的增加而增大,随工质流量的增加而增大,存在最佳的吸热管管径使得集热效率最大。研究结果将为太阳能集热器的设计提供参考依据。     

槽式太阳能集热器热性能测定新方法实验研究

集热器是槽式太阳能热发电系统吸收传输高热流密度太阳辐射能的核心部件。针对传统测定方法的不足,本文提出了一种测定槽式太阳能集热器热性能的直接电流加热DCH法。该法根据金属导体的焦耳效应,将吸热器金属管作为负载电阻,借助大电流电源对吸热器通电加热,集热器达到热平衡后流过吸热器的电流和被测段两端电压的乘积为集热器在该吸热器与环境温差下的热损失。基于DCH法的实验系统结构简单、制造成本低、操作方便,比传统方法的测量速度提高了5倍以上。实验结果与文献对比表明该测量的实验数据不确定度低,热损失曲线质量较好,实验结果精度高,显示了DCH法的可行性和可靠性。     

抛物槽式太阳能集热器集热实验及模拟研究

本文采用真空集热管在抛物槽式太阳能平台上进行了实验研究,传热工质为YD300型合成导热油。实验测定了该集热管的散热损失,并数值模拟了吸热管表面的能流密度分布。以此为边界条件研究了该集热管的换热性能。结果表明,循环工质温度和环境温度之差为180℃时,散热损失为220 W/m;该集热器吸热管表面圆周方向能流分布集中,流量对温度分布影响较大,当太阳直射辐照为1000 W/m~2,导热油温度为200℃,流量为0.5 kg/s时,吸热管圆周方向最大温差50℃左右,当流量增加到2.0 kg/s时,最大温差减小到20℃左右。     

槽式太阳能聚光集热器光热效率实验研究

基于自行研究开发、呈东西轴布置的太阳能槽形抛物面聚光集热器,建立了评估其光热性能的实验台,对其光热特性进行了详细实验研究。实验结果表明聚光集热器效率较高。聚光器与全新集热器组成的太阳能槽形抛物面聚光集热器峰值效率达70%左右,聚光器结构性能较好,跟踪驱动系统精度较高;但部分集热器经过320℃以上的温度后快速老化,致使整个太阳能槽形抛物面聚光集热器的热性能逐渐下降。     

槽式DSG太阳能集热系统模拟分析

以采用真空集热管的一次通过式槽式DSG太阳能集热器为研究对象。基于集热器管内水工质的流型与传热特性,建立了集热器稳态传热模型,并验证了模型及计算方法的合理性。分析了当出口为400℃过热蒸汽时,集热器传热受太阳辐射强度、管径、水工质入口参数等的影响规律。结果表明集热器的传热效果取决于周围环境的边界条件以及集热器结构参数和水工质运行参数的选取,本文结论为DSG集热器的设计及运行提供了理论参考依据。     

抛物槽式太阳能集热器内合成油基纳米流体传热特性的数值模拟

对Al2O3-合成油纳米流体在槽式太阳能集热管内的传热特性进行流体动力学数值模拟,重点考察纳米流体导热系数模型的影响.通过与管内Nusselt数半经验模型的预测结果对比,表明使用考虑布朗运动的纳米流体导热系数模型可较好地预测集热管内传热特性.研究表明纳米颗粒与流体基液的相对运动具有促进集热管内传热的作用.最后,定量研究...     

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。     

太阳能槽式系统反射镜玻璃厚度对聚光特性的影响

针对太阳能槽式系统反射镜玻璃厚度对聚光特性的影响进行了理论、模拟和实验研究。研究结果表明,平行光下反射镜玻璃越厚,入射光线距光轴距离越远,ΔX、ΔY越大。对焦距为1200 mm,反射镜玻璃折射率为1.6的槽式系统进行了理论计算,玻璃厚度为1 mm的反射镜,当距光轴距离为200 mm和2000 mm时,ΔX为0.03 mm和1.69 mm,ΔY为0.19 mm和0.31 mm;当距光轴距离仍为2000 mm时,玻璃厚度为5 mm的反射镜,ΔX为8.41 mm,ΔY为1.55 mm。通过TracePro模拟以及实际实验测量,结果与理论计算相符。     

槽式集热器效率分析和互补电站镜场设计

为实现给水加热型互补发电系统中太阳岛与动力岛更好耦合,本文建立了槽式集热器炯效率的热力学模型,分析了200 kW典型集热器效率随运行参数的变化规律:平均辐照600 W/m~2时最大效率为33%左右,最佳温度范围为250～350℃,并进行了实验验证,最后分析了互补发电系统集热场效率在设计辐照和偏离设计辐照时的特性规律,初步给出了热互补电站设计的原则。本研究结果为太阳能与火电互补发电技术的集热场设计提供了一个基本依据,具有较好的工程实用价值。     

体散射液晶导光板的光线追迹模拟

体散射集成导光板是一种新型的液晶背光照明系统设计。基于多重米氏(Mie)散射理论和蒙特卡罗(Monte Carlo)顺序抽样方法,对该类型导光板进行了光线追迹模拟计算与仿真设计。研究了填充粒子材料、粒径、浓度及导光板几何结构等光学参量对输出光强面分布均匀性、照明角度等背光性能的影响,并进行了初步的实验验证及设计评估。研究表明,各光学参量十分敏感,且相互制约,必须进行大量的优化计算才能获得符合实际需要导光板设计方案。导光板输出光面分布的均匀度主要由填充粒子浓度决定,视角特性主要由导光板尺寸,特别是底面倾角决定,色散程度则主要和填充粒子的直径和折射率有关。     

槽式太阳能电站集热管热性能测试及回归分析

利用热平衡法对桑普生产的槽式太阳能电站集热管的热性能进行了实验测试。实验结果显示,集热管内金属吸热管温度为143.6℃、200.9℃、267.2℃和290.3℃时,集热管的漏热量为21.2 W/m、39.8 W/m、50 5 W/m、88.8 W/m。根据集热管漏热的热物理过程,提出了H=f(T_(abs),T_(amb))=aT_(abs)~4+bT_(amb)~4b+cT_(amb)形式的回归模型,并对所测试真空管漏热量进行了回归分析,得到漏热量的回归数学表达式H=9.376×10~(-10)T_(abs)~4-8.685×10~(-10)T_(amb)~4-2.309×10~(-7)T_(amb)将回归模型应用于美国国家可再生能源实验室所测试的两种集热管,回归值与实验值符合较好,说明所提出的回归模型较合理。     

激光传输中微毛细管壁上的光强

用轨迹追踪法计算了平行和锥形毛细管内壁上的光强分布，发现管壁上的光强随距离阶跃式地快速衰减，相同聚焦透镜下，细管的光强衰减比粗管快大锥角比小锥角衰减快，随着聚焦透镜的Ｆ数的增加，光强衰减变慢，平均光强增加。     

双面菲涅耳聚光镜设计

为了减小光伏发电聚光系统的轴向尺寸,使聚光系统的厚度更薄、质量更轻,讨论设计了一种透射式双面菲涅耳聚光镜。通过设计,使光线在通过双面菲涅耳聚光镜的前表面环带后进入相应的后表面环带,减少了光能损失,使太阳能电池获得的能量密度更高。推导并给出了双面菲涅耳透镜的后表面环带设计公式。用光学设计软件Light Tools模拟了双面菲涅耳聚光镜的光学能力,并对模拟结果进行了分析评价。给出了一个口径为200 mm,焦距为120 mm,F数为0.6的双面菲涅耳聚光镜设计实例,在波段为380~760 nm,太阳张角为0.55°时,聚光系统的聚光效率达到85%,与相同口径相同焦距的传统菲涅耳透镜相比,聚光效率提高了21.1%。     

非共轴椭球面聚光阵列式高焦比太阳模拟器

为使太阳模拟器的接收靶得到高能流高均匀度光斑,需要对聚光系统进行优化设计。提出利用非共轴椭球面聚光镜优化光斑质量的方法,使光斑的能流分布均匀度有明显改善。利用蒙特-卡罗光线追迹方法,设计了聚集型高焦比太阳模拟器。在第二焦面处,80mm直径的接收靶面上可接收10kW的辐射光能,光斑对称性和均匀性好,系统的传递效率为23.81%,80mm直径靶面内的平均能流密度为2MW/m2,50mm直径靶面内平均能流密度达到3.64MW/m2,对应的理论色温超过2800K。采用非共轴椭球面聚光镜,成功研制了由电源控制系统、冷却系统、氙灯光源和聚光系统构成的太阳能模拟器。经实验测试,太阳模拟器的聚光光斑与光学仿真软件TracePro模拟光斑符合得很好。