槽式聚焦太陽能集熱器作為中高溫集熱器的一種,能夠獲得較高的集熱溫度,可用于發(fā)電、制冷空調(diào)、采暖、海水淡化等生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。傳統(tǒng)槽式太陽能集熱裝置吸收器采用真空玻璃管結(jié)構(gòu),即內(nèi)管采用金屬管,管內(nèi)走加熱介質(zhì),金屬管外涂覆選擇性吸收涂層,再外面為玻璃管,玻璃管與金屬管間抽真空以抑制對流和傳導(dǎo)熱損失。由于玻璃和金屬封接膨脹系數(shù)不同,這種結(jié)構(gòu)的吸收器目前成本高,使用壽命較短,可靠性受到影響。本文提出一種腔體吸收器結(jié)構(gòu),不采用玻璃真空管結(jié)構(gòu),而通過輻射腔體換熱原理抑制吸收器輻射和對流損失,實(shí)現(xiàn)了較好效果。論文對可利用于槽式聚焦型太陽能集熱器的4種腔體式吸收器做了較詳細(xì)的分析,這四種腔體結(jié)構(gòu)分別為:三角形,正方形,圓形和半圓形。開展了包括基于FLUENT的熱性能和基于TracePro的光學(xué)性能建模和分析。熱性能分析包括不同吸熱面溫度（90℃和150℃）、傾斜角α以及不同形狀玻璃蓋層對熱損失的影響.搭建了以菲涅爾透鏡為聚光器的光學(xué)效率測試和最佳開口寬度測試實(shí)驗(yàn)裝置。研究發(fā)現(xiàn),三角形腔體具有最佳的光學(xué)效率.此外各腔體的熱損失測試發(fā)現(xiàn)三角形腔體的熱性能最好。當(dāng)α=180,Ti=90℃（進(jìn)口溫度）,且聚光開... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

德國Flagsol公司開發(fā)的槽式太陽能集熱器

使用直通式的真空管或者金屬管作為吸收器。它由表面鍍有太陽選擇性膜層的鋼管及玻璃外套管組成，而且鋼管與套管之間為真空，以減少對流和傳導(dǎo)熱損失,如圖1-2。真空管吸收器的優(yōu)點(diǎn)為：吸收管無對流損失，有選擇性涂層，對陽光的吸收率很高，而其在工作溫度下的發(fā)射率很低。其缺點(diǎn)為：為保持長期高真空及選擇性涂層的穩(wěn)定性，工藝復(fù)雜，成本高，較大的流通斷面造成工作流體的雷諾數(shù)較低，即從管壁至流體的換熱系數(shù)較低，加之吸熱管上的熱密度大，故造成管壁與工作流體的溫差加大，增大了熱損失[26]。圖1-2真空管吸收器Fig.1-2 Schematic diagram of vacuum tube absorber除了真空管外,腔體式吸收器也是目前聚焦式集熱器中用到的另一種吸收裝置。腔體吸收器為一槽形腔體，外表面包有隔熱材料。由于腔體的黑體效應(yīng)，使其能充分吸收聚焦后的太陽光。其優(yōu)點(diǎn)為：經(jīng)聚焦的輻射熱流幾乎均勻地分布在腔體內(nèi)壁，與真空管吸收器相比，具有較低的投射輻射能流密度。也使開口的有效溫度降低

Fig.1-3 Schematic diagram of bushing and tube nest cavity absorber侴喬力等還通過熱阻網(wǎng)絡(luò)法對環(huán)套，管簇結(jié)構(gòu)的腔體吸收器與真空管吸收器的熱損失和熱效率進(jìn)行數(shù)值分析比較，如圖1-3所示.設(shè)計(jì)參數(shù)如下：管簇式結(jié)構(gòu)中內(nèi)管直徑15mm, 數(shù)量為7根；腔體半徑0.1m；吸收器開口寬度10cm；槽式聚光器(吸收器)長度5m，開口寬度4m，焦距1.8m；保溫材料為玻璃纖維導(dǎo)熱系數(shù)0.043W/m.K。腔體內(nèi)表面(吸熱面)表面發(fā)射率和吸收率均為0.5。環(huán)套結(jié)構(gòu)腔體內(nèi)徑200mm,環(huán)寬度為5mm。其余與管簇結(jié)構(gòu)相同.真空管內(nèi)徑為100mm,外徑180mm,管內(nèi)工質(zhì)流速0.63m/s。結(jié)果發(fā)現(xiàn)每種吸收器的單位長度熱損失均隨著工質(zhì)平均溫度增大而上升,真空管的熱損失大于管簇結(jié)構(gòu),管簇結(jié)構(gòu)又大于環(huán)套結(jié)構(gòu)。集熱效率則隨著溫度的增大而降低,當(dāng)溫度大于230℃,腔體吸收器的集熱效率大于真空管.溫度大于130℃,真空管集熱效率呈非線性下凹曲線相比與腔體吸收器的線性曲線其下降速率顯著。因此，對于中高溫集熱溫度(大于130℃)，腔體吸收器熱性能優(yōu)于真空管。目前中國科技大學(xué)所研究的腔體吸收器都以 Barra 文中的圓形結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，從改善工質(zhì)和管壁間的換熱效果出發(fā)，提出了內(nèi)管與腔體內(nèi)壁相焊接的管簇結(jié)構(gòu)和環(huán)套兩種結(jié)構(gòu)，降低了腔體內(nèi)壁溫度和總體熱損失，因此在腔體吸收器的研究中存在幾何結(jié)構(gòu)上的局限性。1.3 本文主要內(nèi)容本文從換熱性能較好的管簇結(jié)構(gòu)出發(fā)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]中溫太陽集熱器系統(tǒng)熱狀態(tài)特性數(shù)值模擬的三維動態(tài)熱網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 妞喬力,徐光,李新秋,葛新石.  太陽能學(xué)報(bào). 1999(02)
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[4]表征漫射體反射特性的一個重要物理參數(shù)——雙向反射分布函數(shù)[J]. 黃潤.  光學(xué)機(jī)械. 1988(01)



本文編號：3398204