【摘要】：二次反射塔式聚光集熱系統(tǒng)作為太陽(yáng)能熱利用的重要形式,具有光熱轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗風(fēng)性能優(yōu)越等特點(diǎn),在提供中高溫?zé)崮�、替代傳統(tǒng)化石能源方面具有很大的潛力。本文對(duì)基于翅片型吸熱器的線性菲涅爾二次反射塔式太陽(yáng)能聚光集熱系統(tǒng)的光學(xué)特性和集熱性能進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究,主要的研究?jī)?nèi)容概括如下:1.首先根據(jù)太陽(yáng)位置模型和線菲定日鏡理論追蹤模型,建立以MCRT算法為基礎(chǔ)的光線追蹤模型分析影響二次反射塔式聚光系統(tǒng)光學(xué)效率的各個(gè)因素;然后對(duì)集熱系統(tǒng)光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行理論分析,推導(dǎo)了翅片型吸熱器的效率因子和熱遷移因子,作為吸熱器性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。2.對(duì)二次反射塔式聚光集熱系統(tǒng)的聚光特性和集熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)二次反射塔式系統(tǒng)的光斑特性,搭建基于翅片型吸熱器的集熱回路,實(shí)驗(yàn)測(cè)試了翅片型吸熱器不同進(jìn)口溫度和進(jìn)口流量下的集熱量和相應(yīng)的熱損失:1)進(jìn)口流量為580L/H時(shí),導(dǎo)熱油平均溫度為90.6℃,集熱效率44.93%;導(dǎo)熱油平均溫度為182.8℃,集熱效率28.31%;吸熱器的熱損失由109.77W增加到1465.13W;2)進(jìn)口流量為400L/H時(shí),導(dǎo)熱油平均溫度為91.4℃,集熱效率42.59%;導(dǎo)熱油平均溫度為183.0℃,集熱效率26.65%;吸熱器的熱損失由123.79W增加到1621.87W。并且擬合出翅片吸熱器的集熱效率和歸一化溫度的二次曲線關(guān)系和熱損系數(shù)隨進(jìn)口溫度與環(huán)境溫度之差的線性關(guān)系;通過(guò)?分析,得到400L/H流量下的最佳運(yùn)行溫度為142℃,500L/H流量下的最佳運(yùn)行溫度為145℃;根據(jù)上述結(jié)果推導(dǎo)得到二次反射塔式聚光系統(tǒng)光學(xué)效率的時(shí)變特性和實(shí)驗(yàn)工況下翅片型吸熱器的效率因子F’和熱遷移因子F_R:聚光系統(tǒng)的光學(xué)效率在正午附近達(dá)到最大為58.42%;受翅片吸熱器熱損失的影響當(dāng)工質(zhì)的進(jìn)口流量為580L/H時(shí),隨進(jìn)口溫度的升高熱遷移因子F’從0.877變化到0.759,熱遷移因子F_R從0.857變化到0.748;當(dāng)工質(zhì)的進(jìn)口流量為400L/H時(shí),隨著進(jìn)口溫度的變化翅片吸熱器效率因子F’從0.864變化到0.736,熱遷移因子F_R從0.844變化到0.724。3.通過(guò)MCRT光線追蹤算法,模擬不同時(shí)刻影響聚光系統(tǒng)光學(xué)效率的因素發(fā)現(xiàn):聚光系統(tǒng)主要受到定日鏡本身的陰影效率和余弦效率的影響;通過(guò)聚光系統(tǒng)的年均光學(xué)效率對(duì)二次反射塔式鏡場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化分析,得到最優(yōu)的值:H=15m,L=5.35m,然后再次利用MCRT光線追蹤模型模擬得到實(shí)驗(yàn)?zāi)程靸?nèi)聚光系統(tǒng)優(yōu)化之后的光學(xué)效率,最高提升11.2%。4.根據(jù)MCRT和CFD的耦合三維分析模型分析聚光系統(tǒng)光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程中翅片型吸熱器的集熱性能,并且通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)工況下吸熱器的集熱效率、熱損失等參數(shù),驗(yàn)證三維分析模型的正確性;并且根據(jù)模擬得到翅片吸熱器內(nèi)流動(dòng)換熱參數(shù)獲得模擬工況下翅片型吸熱器的效率因子F’和熱遷移因子F_R。然后,利用MCRT和CFD耦合的三維分析模型優(yōu)化得到吸熱器內(nèi)最佳的進(jìn)口流量670L/H;根據(jù)優(yōu)化之后的鏡場(chǎng)參數(shù)和吸熱器的最佳運(yùn)行工況,模擬得到聚光集熱系統(tǒng)優(yōu)化之后的集熱效率:和相同實(shí)驗(yàn)工況下的結(jié)果相比,翅片型吸熱器的集熱效率最高增加了21.32%,和優(yōu)化之前和模擬結(jié)果相比,翅片型吸熱器的集熱效率最高增加了14.51%。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TK513.1
【圖文】：

交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒 論第1章 緒論1.1 研究的背景和意義21 世紀(jì)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展使得能源的供應(yīng)日漸緊迫，且逐年增加，目前人類大量使用的能源仍以石油、天然氣和煤炭等化石能源為主，受到傳統(tǒng)石能源存儲(chǔ)量的有限性以及在使用過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳都將導(dǎo)致日益嚴(yán)重能源危機(jī)、全球氣候變暖的不利局面，將嚴(yán)重破壞人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境。

光伏和風(fēng)力在我國(guó)的非水電可再生能源發(fā)電量中占主導(dǎo)地位，截止到 2015 年光伏和風(fēng)力發(fā)電在全國(guó)總發(fā)電量中的占比總和為 4%，雖然太陽(yáng)能光熱發(fā)電在我國(guó)起步較晚，發(fā)展尚處在初期試驗(yàn)示范階段，但是太陽(yáng)能是可再生能源中潛力巨大的一次能源，其輻射量大、覆蓋范圍廣泛，從當(dāng)今科技的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能技術(shù)的進(jìn)步或許決定著未來(lái)人類的生活方式[5]，并且隨著 十二五 期間太陽(yáng)能光熱技術(shù)和相關(guān)示范項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的積累，我國(guó)絕大多數(shù)企業(yè)已滲透到整個(gè)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)[6]。為此，2015 年 9 月到 12 月國(guó)家能源局先后下發(fā)相關(guān)文件，指出：到 2020 年底要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光熱發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到 10GW；2016 年 4 月發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016～2030 年）》，明確提出高效太陽(yáng)能利用技術(shù)創(chuàng)新2020年發(fā)展目標(biāo)之一是掌握50MW級(jí)塔式太陽(yáng)能光熱電站的整體設(shè)計(jì)及關(guān)鍵部件制造技術(shù)；2016 年 9 月 2 日，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)發(fā)布布《關(guān)于太陽(yáng)能熱發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》，核定太陽(yáng)能熱發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)為每度電 1.15 元。隨著相關(guān)激勵(lì)政策和扶持電價(jià)的出臺(tái)，為太陽(yáng)能光熱電站在我國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。

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1 卞之;王紅晨;邢詒存;李聯(lián)軍;;二次反射聚光裝置光電特性的實(shí)驗(yàn)研究[J];海南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年04期

2 劉斌,舒琳,王均宏;二次反射對(duì)室內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響[J];移動(dòng)通信;2004年S1期

3 余佳煥;彭佑多;顏健;肖蓉;王e

本文編號(hào)：2727497