井式太阳能超高温空气加热装置研究

摘要

随着社会的发展，能源问题也变得日益突出，因此有必要开发新能源。太阳能是一种清洁无污染能源，是重要的可再生能源。但由于太阳能能量密度较低，因此提高太阳能的光热转换效率，仍是目前太阳能热应用中面临的主要问题。
　　针对这一问题，设计出一种井式太阳能空气加热装置，提高了光热转换效率。基于太阳能空气加热系统的基本理论，设计了利用菲涅尔透镜点聚焦方式来聚焦集热的聚光器，提高了聚光集热系统的光学效率。利用CATIA软件对装置的机械结构进行设计并三维建模，采用光电传感器和单片机来控制装置的水平方向及俯仰方向运动，实现系统对太阳光线的自动跟踪。在装置的外壳设计了保温层，使系统的热损耗降低，进一步提高了装置的光热转换效率。利用TracePro软件对菲涅尔透镜聚焦进行模拟仿真，将四种形式的腔体吸热器光学效率进行对比，选取最佳光学转换效率的设计方案。
　　通过实验以及对实验结果进行分析，装置达到了本次设计所要求的技术指标:聚光器光学效率≥85％，光电传感器跟踪精度±2.5°，光热转换效率≥35％，系统稳定可靠。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容及技术指标

第2章 太阳能空气加热系统基本理论

2．1 太阳常数

2．2 菲涅尔透镜聚光原理

2．3 跟踪传感器原理

2．4 控制系统原理

第3章 装置总体结构设计及三维建模

3．1 CATIA三维建模

3．2 聚光集热系统设计

3．3 跟踪控制系统设计

3．4 总体结构模型

第4章 系统光学性能分析

4．1 蒙特卡罗光线追迹法

4．2 装置聚光系统的光学性能

4．3 腔体元件不同结构对光学性能的影响

4．4 吸收器顶角改变对集热器性能的影响

第5章 光热转换热力学分析

5．1 光热转换过程分析

5．2 吸热涂层材料的选择

5．3 集热器性能分析

第6章 实验及结果分析

6．1 实验设备及方法

6．2 实验结果及分析

第7章 结论

致谢

参考文献