基于腔体吸收器的菲涅尔反射式聚焦型太阳能集热器

摘要

本文提出了两种基于腔体吸收器的菲涅尔反射式太阳能集热器,线性菲涅尔反射式太阳能集热器和点聚焦塔式菲涅尔反射式太阳能能集热器。并对其集热性能进行了理论和实验研究。主要包括以下几个方面的研究内容:
　　1.利用热力学第二定律对基于腔体吸收器的太阳能光热转化过程进了分析,分析了不同聚光比下腔体吸收器的可以达到的最高温度和火用效率最高时的集热器最佳运行温度。
　　2.根据菲涅尔集热器的工作原理,设计了14.4m2的线性菲涅尔反射式太阳能集热器,对其光学性能和集热性能进行了理论研究。采用三角管束腔体吸收器时,集热器的光学效率最高可达77.5％,同时,利用CFD方法对三角腔体吸收器的热性能进行了研究,发现辐射热损失为主要的热损失项,在工作温度为90℃时,腔体吸收器总热损失为54W/m,热损失系数为11.4W/m2K,当工作温度为250℃,总热损为246.7W/m,热损失系数为21.0W/m2K。
　　3.搭建了线性菲涅尔反射式太阳能集热器实验装置,并对其集热性能进行了实验研究。系统的空晒性能参数为0.364m2K/W,空晒温度达到260℃。在工质入口温度为90℃时,热效率为45%,腔体吸收器的热损失为65W/m,120℃时热效率为40%,热损为80W/m,当入口温度到达150℃时热效率为36.6%,热损为110W/m。
　　4.提出了一种新型的基于菲涅尔反射技术的二次聚焦塔式太阳能集热器及其设计方法,设计了一个由三组定日组成的小型塔式太阳能集热器,定日镜总面积为24m2。分析了塔式集热器的光学性能,光线垂直入射时,其光学效率能到达65%左右。通过CFD分析,腔体吸收器在工作温度区间100℃-250℃时,总热损失为524.7W-1927.8W,热损失系数为38.8W/m2K-51.6W/m2K。
　　5.搭建了菲涅尔反射式二次聚焦塔式蒸汽发生系统的实验台。测试结果表明,入口温度为80℃时,集热器热效率为54%,100℃时为52.2%,110℃时,热效率为51.6%。工质进口温度为75℃时,圆锥腔体吸收器的热损失系数为34.89W/m2K,热损失为349.4W。110℃时,热损失系数为38.6W/m2K,热损失为583.4W。

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符号说明

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2 研究与应用现状

1.3 以往研究工作的总结和存在的问题

1.4 本文的主要研究工作

第二章 基于腔体吸收器的太阳能聚光能量系统热力学分析

2.1 聚焦式太阳能系统的热力过程

2.2 基于腔体吸收器热效率热力学分析

2.3 集热器最佳运行温度

2.4 本章小结

第三章 菲涅尔反射式聚焦集热器的光学设计

3.1 线聚焦反射式菲涅尔集热器

3.2 点聚焦反射式菲涅尔集热器

3.3 聚焦型太阳能集热器光斑能流密度的测定

3.4 本章小结

第四章 菲涅尔反射式太阳能集热器腔体吸收器集热性能

4.1 线聚焦三角腔体吸收器的热性能分析

4.2 点聚焦三角腔体吸收器的热性能分析

4.3 本章小结

第五章 菲涅尔反射式太阳能聚焦型集热器性能实验

5.1 线聚焦菲涅尔反射式太阳能集热器测试

5.2 点聚焦反射式菲涅尔太阳能集热器测试

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

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