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槽式腔体式太阳能集热器的数值模拟研究

韩雪  
【摘要】:太阳能是一种资源丰富且无需运输成本的可再生能源。目前国际对太阳能的利用技术主要有太阳能光电利用、太阳能采光利用、太阳能光热利用和太阳能光化学利用。太阳能聚光技术包括:槽式太阳能聚光、塔式太阳能聚光和碟式太阳能聚光。槽式太阳能光热利用技术是目前比较成熟并且可以投入商业运行的技术。因其属于中高温利用,热损失较小、温度上升较快、储热能力强且热效率较高,所以槽式太阳能发电有较大的上升空间。在槽式太阳能光热利用技术中,聚光和集热是槽式太阳能集热器收集太阳能的关键技术,因此有必要对聚光和集热技术进行有针对性和系统地研究,为后续的热利用部分提供有力支持。通过利用TracePro软件对槽式腔体式太阳能集热器的光学性能进行模拟计算,可以得到以下结论:随着直接太阳辐照度的增加,总光通量增加,光学效率保持不变;随着抛物面反射率和吸热器吸收率的增加,总光通量和光学效率均随之增加;光学效率和总光通量随着抛物面与吸热器距离增加成近似正态分布的变化;随着腔体遮挡面积的增加,总光通量随之降低,光学效率随之增加;随着开口宽度的增加,总光通量随之增加,光学效率随之下降;对于不同布管方式,腔体的光学效率从大到小五种分别为:竖直摆放、顶部顺排摆放、顶部插排摆放、顶部分散摆放和顶部集中摆放;随着光线以y-z轴所在平面为中心,入射角度沿z轴向左向右增加的时候,总光通量随之下降,光学效率也随之下降直至保持平稳;随着光线以x-y轴所在平面为中心,入射角度沿x轴向左向右的增加的时候,总光通量和光学效率随之下降。通过利用Fluent软件对槽式腔体式太阳能集热器的热学性能进行模拟计算,可以得到以下结论:随着直接太阳辐照度、抛物面反射率和吸热器吸收率的增加,热功率和热效率随之增加;随着抛物面与吸热器距离的增加,热功率和热效率随之下降;随着腔体遮挡长度的增加,热功率和热效率均呈现先增加后下降的趋势;热效率从大到小五种布管方式分别为:底部集中摆放、环绕腔体摆放、底部分散摆放、底部顺排摆放和底部插排摆放;随着工质入口速度的增加,热功率和热效率均呈现先迅速下降后缓慢下降的趋势;随着管子长度的增加,热功率和热效率先成正比例线性增加,后保持不变;纳米流体的热功率和热效率要明显高于水和导热油的;随着纳米流体体积份额的增加,热功率和热效率均呈现线性增加的趋势;随着纳米流体粒径的增加,热功率和热效率均随着增加;Cu-导热油纳米流体的热功率和热效率要高于Cu-水纳米流体;随着光线以y-z轴所在平面为中心,入射角度沿z轴向左向右增加的时候,热功率和热效率先增加后下降;随着光线以x-y轴所在平面为中心,入射角度沿x轴向左向右的增加的时候,热功率和热效率随之下降。本文还对槽式腔体式太阳能集热器的光学效率和热效率进行正交分析,可以得到以下结论:八种因素对光学效率的影响从大到小依次为:光线沿z轴入射角度、光线沿x轴入射角度、抛物面反射率、抛物面与吸热器距离、吸热器吸收率、开口宽度、遮挡长度、直接太阳辐照度;六种因素对热效率的影响从大到小依次为:光线沿z轴入射角度、抛物面反射率、光线沿x轴入射角度、直接太阳辐照度、吸热器吸收率、抛物面与吸热器距离。


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