【摘要】：復合拋物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator,CPC)是一種接近于理想聚光器的非成像聚光器。它根據邊緣光線原理設計,對接收角范圍內的入射光線具有光陷阱作用,可將接收角范圍內的輻射光線聚集到吸收體上。其具有聚光效率高,可對各種波長和部分散射光進行收集;無需跟蹤裝置,只需按季節(jié)調整的優(yōu)點,在中低溫太陽能領域擁有巨大應用潛力。脈動熱管作為一種高效傳熱裝置,在航空設備降溫、電子器件冷卻、余熱利用及太陽能領域具有巨大應用潛力。將CPC與脈動熱管相結合,提出了一種CPC脈動熱管太陽能集熱器。一方面,CPC的聚光作用增加了脈動熱管吸熱段(蒸發(fā)段)熱流密度,增強脈動熱管傳熱能力;另一方面,脈動熱管管徑較小,使CPC在較小尺度下,可實現3-5倍聚光,便于實現與建筑物一體化。針對CPC的聚光特性,以及CPC聚光特性對新型集熱器運行特性的影響開展了理論及實驗研究。(1)通過蒙特卡羅光線追跡法(MCRT),自編程對圓管型CPC的聚光特性進行了研究,分析了截取比、光線入射角度、聚光比對聚光特性的影響,研究發(fā)現,CPC的聚光作用使圓管吸熱器上形成2個熱流密度峰值,隨著入射光線角度增加,峰值熱流密度向圓管吸熱器上部移動。入射光線角度小于接收半角時,隨聚光比的增加,平均熱流密度幾乎成線性增加,當超過接收半角時,平均熱流密度陡降。平均熱流密度隨截取比的增大而緩慢增加,整體變化不大。(2)分析了聚光面旋轉、平移、CPC起始點截取和吸熱器位置的偏置對吸熱器聚光特性的影響。研究結果顯示,聚光面旋轉、平移和CPC起始點截取對吸熱器的熱流密度影響不大。吸熱器與CPC裝配時,盡量避免吸熱器下偏和左右偏置,如果入射光線以接收半角角度入射概率大,則考慮適當上移吸熱器。(3)對吸熱器進行優(yōu)化,采用橢圓管吸熱器替換圓管吸熱器。替換后光學效率增加,且熱流密度的峰值降低,當光線入射角度超過接收半角后,光學效率同圓管相比仍然較高,且在大的入射角度時還可以吸收太陽輻射能。(4)對優(yōu)化后集熱器中集熱計算單元建立了數值模型,用FLUENT對比模擬并分析了不同傾斜角、太陽輻射強度對集熱器熱性能的影響。研究結果顯示,集熱器的集熱性能隨著太陽輻射強度的增加而升高;傾斜角不同時,集熱器的集熱性能變化很小,基本上沒有影響;橢圓吸熱器的集熱效率均優(yōu)于圓管吸熱器;CPC起始點截取后,集熱效率減少很小,實際工程應用中可以對CPC起始點截取,降低加工精度的要求便于制造和安裝。(5)對CPC脈動熱管太陽能集熱器熱性能進行了實驗研究,結果發(fā)現,工質和集熱器進口水溫對脈動熱管太陽能集熱器集熱性能影響較大,而在不同的傾斜角度下脈動熱管太陽能集熱器的集熱性能變化不大。應用R134a工質的集熱器熱效率優(yōu)于工質R123。集熱器進口水溫增加,集熱器的集熱效率下降。
【學位授予單位】：北京建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU83
【圖文】：

第 1 章 緒論在中低溫領域的利用主要是太陽能熱水、制冷、采暖和海水淡化術中太陽能熱水占主導，我國在中低溫領域的利用也集中在這部府都加大了對太陽能技術的研發(fā)和推廣應用。歐洲國家的太陽能規(guī)劃中提出，太陽能在供熱和供暖方面要滿足 50%的能源供應量在太陽能熱水器利用中重大變化是在農村市場方面日益普及對器的利用，實現太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化，同時相應制度在包括對新產品研發(fā)的支持和技術轉型的政策扶持[5]。目前，我國能光熱利用國家，其市場份額已經接近 80％。陽能在中溫應用領域潛力很大。根據社會能耗需求統(tǒng)計的數據[總量的 70%以上，在熱能需求中，溫度低于 100 ℃利用量占總-400℃之間的需求占總熱能的27%左右。按照溫度段細分能量需求量的 74%以上（約占總量的 16%以上），從這個比例來看該溫度能源需求總量的 14%。由此可以看到未來太陽能中溫領域的研究方向的一個重點。

第 1 章 緒論能集熱器太陽能在低溫集熱范圍的應用形式，同時也是太陽結構簡單、生產難度低，減小了產品的前期投入，較低，壽命長，因此，平板集熱器在整個生命周期器在集熱領域被廣泛應用。太陽能平板集熱器的主、保溫層和外殼，如圖 1-2 所示。當系統(tǒng)運行時，表面涂的選擇性圖層吸收，被吸收的輻射能轉化為蓋板既透射太陽輻射又減少內部工質通過紅外線散式向環(huán)境中散熱，提高熱效率。

【參考文獻】

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本文編號：2718820