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碟式太阳能腔式吸热器光热性能研究

罗刚  
【摘要】:当今社会经济快速发展,能源需求量增幅巨大,开发利用新型可再生清洁能源具有重要意义。随着太阳能的利用广泛,太阳能光热利用技术成为未来太阳能技术发展的必然趋势,其中碟式太阳能热发电效率高发展潜力巨大。而吸热器作为碟式太阳能集热系统中的核心部件,其性能优劣直接影响系统的效率,故研究吸热器的光热性能具有重要意义。本文基于实验室现有碟式太阳能试验台架,以自制的圆柱型和半球型吸热器为研究对象,将Tracepro光学软件和试验测试作为研究手段,分析了不同因素对吸热器热功率和热效率的影响规律。通过研究本文主要得到以下结论:吸热器安装反射器后光学效率相比不安装反射器有了显著提高,通过半球和圆锥反射器进行对比发现,圆锥形反射器效果更佳。同时圆柱型吸热器圆锥形反射器半径Ry=80mm、锥角α=130°时,内腔光线分布均匀,光学性能达到了最优。半球型吸热器圆锥形反射器半径Rb=40mm、锥角α=120°时,内腔光线分布均匀,光学性能达到了最优。其中,圆柱型吸热器光学效率整体高于半球型。模拟求得吸热器安装距离在540mm~570mm之间变化时系统性能最佳,当d=565mm时圆柱型和半球型吸热器的光学效率分别为88.01%和85.89%,光学性能最佳,当d在525mm~535mm和575mm~585mm范围内变化时,吸热器内腔铜管所吸收的光通量、平均能流密度、光线数目以及吸热器光学效率迅速减少,光学性能较差。通过试验得知吸热器处于理论焦距f=555mm附近温度较高,焦斑形状与理论形状相近,当d=565mm时其温度最高,焦斑最小,能量最为集中,与模拟结果相吻合,是吸热器最佳安装位置。流量和直射辐照度是影响碟式太阳能吸热器热功率及热效率的主要因素,热功率及热效率都随流量呈正相关变化。测试过程最佳流量为27.78g/s。热功率随直射辐照度的呈正相关变化,热效率随直射辐照度呈负相关变化。而吸热铜管填涂表面涂层是提高碟式太阳能吸热器热性能的有效方法。在吸热器铜管涂刷表面涂层后系统的热功率和热效率都有了显著提高。且圆柱型腔式吸热器热效率比半球型平均高4%,吸热器热性能更佳。通过模拟和试验,在环境温度、辐照度、流量以及内腔铜管吸热面积相同时,圆柱型腔式吸热器热效率均高于半球形腔式吸热器,并且试验与数值模拟结果吻合程度较好。


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