槽式太阳能高温真空集热管的热学性能研究

摘要

槽式太阳能热发电技术是目前可再生能源领域的研究热点。其中的关键部件就是抛物面聚光集热器。
　　本文在总结了国内外聚光集热器光学和热性能分析的发展现状和最新动态的基础上，对槽式聚光集热器的聚光特性和集热管流动换热性能等进行了一系列有益的探索和研究。主要的研究内容和研究成果概括如下:
　　1)为了分析集热器聚光的散焦现象和得到吸收管表面热流分布情况，建立了聚光分析的基础模型。并运用几何分析的方法，对散焦现象的产生原因进行了深入分析，同时推导出入射角对聚光散焦的影响，以及相关的函数关系式。通过软件模拟实际运行的槽式抛物面集热器在不同入射角下的聚光情况，验证了所推导的关系式的正确性。
　　2)为了探明集热管的热性能，通过分析集热器的工作原理和传热机制，基于传统的一维稳态传热模型，针对本文后续试验的DSG模式，对管内流体换热的对流传热系数的相关关联式进行了细分和优化，更接近于真实流动情况;考虑到吸收管周向能流密度分布的不均匀，建立了非均匀热流密度传热模型。通过验证，表明本模型要优于传统一维传热模型。
　　3)为了得到集热器在实际运行中的热性能和其影响因素，建立了用于槽式聚光集热器光热性能室外研究的试验台，采用东南大学和三乐集团共同开发的高温真空集热管在江宁抛物槽集热器的进行性能测试。并对结果进行分析，研究集热器效率和集热管热损失的各种影响因素。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 槽式抛物面太阳能热发电技术

1．2．1 导热油槽式系统

1．2．2 DSG槽式系统

1．3 槽式太阳能热发电系统发展研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 槽式太阳能热发电技术的发展方向

1．5 本文主要研究内容

第二章 太阳辐射学

2．1 太阳运行规律

2．1．1 太阳辐射能

2．1．2 赤纬角

2．1．3 真太阳时与太阳时角

2．1．4 太阳角

2．2 太阳辐射

2．2．1 太阳常数

2．2．2 大气质量

2．2．3 大气透明度

2．3 太阳辐射强度计算

2．3．1 太阳入射角

2．3．2 太阳直射辐射强度的计算

2．4 本章小结

第三章 槽式抛物面集热器的聚光分析

3．1 Tracepro简介

3．2 Monte Carlo方法原理

3．3 槽式抛物面聚光集热器的几何特性

3．4 槽式抛物面集热器的散焦现象分析

3．4．1 余弦效应

3．4．2 散焦现象分析

3．5 影响集热器光学效率的因素

3．5．1 光学效率

3．5．2 材料性能

3．5．3 太阳锥角

3．5．4 跟踪误差

3．6 本章小结

第四章 真空集热管热性能分析

4．1 金属—玻璃真空集热管基本结构

4．2 一维稳态传热模型

4．2．1 管内流体与吸收管内壁的对流传热

4．2．2 吸收管／玻璃管管壁的导热

4．2．3 吸收管外表面与玻璃管内表面之间的换热

4．2．4 玻璃管外表面与环境之间的换热

4．2．5 太阳辐射光学损失

4．2．6 模型准确性的验证

4．3 周向非均匀热流的传热模型

4．4 模型验证

4．5 本章小结

第五章 直通式真空集热管热性能试验

5．1 试验装置及步骤

5．1．1 系统介绍

5．1．2 试验器材及其参数

5．1．3 试验目的和步骤

5．2 试验结果数据分析

5．2．1 —天内集热效率的变化趋势

5．2．2 风速的影响

5．2．3 出口工质温度与环境温度之差对热损失和效率的影响

5．2．4 辐射强度的影响

5．2．5 与文献值的对比

5．2．6 不同流量的影响

5．2．6 环境温度影响

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文内容总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的研究成果