碟式太陽能半球形腔式吸熱器熱性能的實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：太陽能作為地球上儲量最為豐富的可再生清潔能源之一,將其作為替代能源來發(fā)展是具有十分廣闊前景的。若想高效大規(guī)模的利用太陽能,太陽能發(fā)電是很好的一種方式,目前對它的研究主要集中于光熱利用和光伏發(fā)電,無論是采用哪種方式,利用聚光的方法把低密度的地表太陽輻射聚集起來都可以提高其利用效率。槽式、塔式和碟式是目前太陽能聚光的主要方式,碟式較槽式和塔式太陽能集熱系統(tǒng)具有啟動損失小、系統(tǒng)成本降低潛力大的優(yōu)勢,而且其光電效率可以達(dá)到29.4%,在這三種集熱系統(tǒng)中是最高的,因此碟式太陽能集熱系統(tǒng)也成了國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。吸熱器是太陽能集熱系統(tǒng)中最為重要的核心部件,它的作用是最大限度的吸收聚光器反射聚集來的太陽能并將其轉(zhuǎn)化成熱能,然后傳遞給循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行下一步的熱利用。因此吸熱器性能的好壞會直接影響到集熱系統(tǒng)的光熱轉(zhuǎn)換效率,進(jìn)而會影響到整個集熱系統(tǒng)的熱效率,因此開展對吸熱器的研究意義遠(yuǎn)大。通過對聚光器焦平面溫度場的實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn),實(shí)際焦平面上的光斑形狀并非是規(guī)則的圓盤形狀,而是呈現(xiàn)出近似橢圓的不規(guī)則形狀,聚光器的實(shí)際焦點(diǎn)與理論焦點(diǎn)有一定差距,參考前人對腔式吸熱器的數(shù)值模擬成果以及溫度場的測試結(jié)果,本文設(shè)計(jì)制作了一款半球型腔式吸熱器,將其安裝于碟式太陽能聚光器的焦點(diǎn)位置,并開展了一系列的實(shí)驗(yàn)研究,初步測試了整個系統(tǒng)的熱性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),該吸熱器具有很好的熱性能,直接輻照度會對集熱系統(tǒng)的熱功率和熱效率產(chǎn)生很明顯的影響,熱功率會隨著直接輻照度的增大而提高,熱效率卻隨著直接輻照度的增大而降低;集熱系統(tǒng)所用工質(zhì)流量的增加會引起吸熱器內(nèi)壁溫度的下降,隨流量的不斷加大,熱功率及熱效率都隨之增大,且流量較小的情況下,這種影響尤為明顯;隨著季節(jié)的變化,環(huán)境溫度如果降低的話,集熱器的熱功率和熱效率都有一定程度的提高,說明吸熱器進(jìn)水口溫度的降低對集熱系統(tǒng)熱功率和熱效率的提高有正面促進(jìn)的作用;在課題后期,又對所設(shè)計(jì)制作的腔式吸熱器內(nèi)腔噴涂了太陽能選擇性吸收涂層,通過對前后數(shù)據(jù)的對比分析發(fā)現(xiàn),增加太陽能選擇性吸收涂層后集熱器的熱功率和熱效率都有顯著的提高。本文還對聚光器沉積灰塵后對集熱系統(tǒng)的影響開展了一定的實(shí)驗(yàn)研究,通過對聚光器沉積灰塵前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn),聚光器表面沉積灰塵后會導(dǎo)致吸熱器腔體內(nèi)部壁面溫度的下降,從而引起集熱系統(tǒng)的熱功率和熱效率明顯地降低。 【關(guān)鍵詞】：太陽能碟式聚光 半球形腔式吸熱器 熱功率 熱效率 聚光器積灰 選擇性吸收涂層
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 課題背景8-10
• 1.1.1 能源現(xiàn)狀8-9
• 1.1.2 太陽能簡介9
• 1.1.3 地面上太陽輻照強(qiáng)度的計(jì)算9-10
• 1.2 太陽能發(fā)電技術(shù)10-11
• 1.2.1 太陽能發(fā)電技術(shù)概況10-11
• 1.2.2 碟式太陽能熱發(fā)電的發(fā)展11
• 1.3 腔式吸熱器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.1 腔式吸熱器的國外研究現(xiàn)狀11
• 1.3.2 腔式吸熱器的國內(nèi)研究現(xiàn)狀腔式吸熱器的國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.3 國內(nèi)外研究對本課題的啟發(fā)12
• 1.4 課題研究的目標(biāo)、內(nèi)容和意義12-14
• 1.4.1 研究目標(biāo)12-13
• 1.4.2 研究內(nèi)容13
• 1.4.3 研究意義13-14
• 第二章 集熱系統(tǒng)組成及其吸熱器的設(shè)計(jì)14-28
• 2.1 碟式太陽能集熱系統(tǒng)的組成14-17
• 2.1.1 跟蹤控制系統(tǒng)14
• 2.1.2 聚光器14-16
• 2.1.3 吸熱器16-17
• 2.2 聚光器焦平面溫度場的測試17-23
• 2.2.1 焦平面溫度場基本測試方法簡介17
• 2.2.2 焦平面溫度場測試系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)過程17-21
• 2.2.3 焦面溫度場測試結(jié)果分析21-23
• 2.3 半球形腔式吸熱器的設(shè)計(jì)23-28
• 2.3.1 腔式吸熱器存在的主要熱損失23-26
• 2.3.2 吸熱器的設(shè)計(jì)形狀與具體尺寸26-28
• 第三章 半球形腔式吸熱器熱性能實(shí)驗(yàn)研究28-42
• 3.1 碟式太陽能集熱系統(tǒng)熱性能的理論計(jì)算28-30
• 3.1.1 描述腔體吸熱器熱流場的控制方程28-29
• 3.1.2 描述腔體吸熱器熱流場的輻射傳熱模型29-30
• 3.1.3 聚光集熱過程的能量平衡方程30
• 3.2 實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)過程30-31
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)測試設(shè)備及系統(tǒng)30-31
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)過程31
• 3.3 吸熱器最佳安裝位置的確定31-33
• 3.4 氣候條件對集熱系統(tǒng)熱性能的影響33-38
• 3.4.1 直接輻照度對集熱系統(tǒng)熱性能的影響33-36
• 3.4.2 環(huán)境溫度對集熱系統(tǒng)熱性能的影響36-38
• 3.5 最佳流量的確定38-42
• 第四章 積灰和吸熱涂層對系統(tǒng)熱性能的影響42-50
• 4.1 聚光器積灰對于集熱系統(tǒng)熱性能影響42-46
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)過程42
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析42-46
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問題及分析46
• 4.2 吸熱器內(nèi)腔增加太陽能選擇性吸收涂層對集熱系統(tǒng)熱性能的影響 .. 3946-47
• 4.2.1 選擇性吸收涂層相關(guān)知識簡介46
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)過程46-47
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析47-50
• 第五章 結(jié)論與展望50-52
• 5.1 結(jié)論50-51
• 5.2 本文工作的創(chuàng)新點(diǎn)51
• 5.3 今后工作的改進(jìn)和展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-55
• 致謝55-56
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果56

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