蛇形復(fù)合拋物面太陽能集熱器的性能研究

【摘要】：太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生能源,有著廣泛的應(yīng)用前景。太陽能集熱器作為太陽能熱利用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,其性能直接影響收集到的太陽能的質(zhì)量。 本文對(duì)目前的能源現(xiàn)狀作了簡要概括,并對(duì)集熱器的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析,在此基礎(chǔ)上提出了本文的研究課題,并在本課題組提出的蛇形復(fù)合拋物面(Serpentine Compound Parabolic Concentrator,簡稱SCPC)集熱器的基礎(chǔ)上,對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。蛇形復(fù)合拋物面集熱器最大的特點(diǎn)是它是結(jié)合普通復(fù)合拋物面聚光(Compound Parabolic Concentrator,簡稱CPC)集熱器和平板式集熱器的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)而成。與CPC集熱器相比,蛇形復(fù)合拋物面集熱器的特別之處在于接收器按照蛇形布置,集熱器組成模塊式結(jié)構(gòu)。 本文首先分析了蛇形復(fù)合拋物面集熱器的工作原理,給出了集熱器的參數(shù)方程,對(duì)集熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。構(gòu)建了集熱器對(duì)太陽輻射的吸收模型以及傳熱模型,使用Matlab軟件對(duì)模型進(jìn)行求解,對(duì)其性能及傳熱規(guī)律進(jìn)行了理論分析。 其次,設(shè)計(jì)了蛇形復(fù)合拋物面集熱器的實(shí)驗(yàn)樣機(jī),搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),依據(jù)國家有關(guān)集熱器測試規(guī)范設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試,驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性與可靠性;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明蛇形復(fù)合拋物面集熱器具有較高的集熱效率。同時(shí)進(jìn)行了瞬時(shí)效率實(shí)驗(yàn),將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用最小二乘法擬合得到瞬時(shí)效率的擬合曲線,得出該集熱器的熱損系數(shù)。 在此基礎(chǔ)上,本文對(duì)蛇形復(fù)合拋物面集熱器進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,研究了接收器管長、管徑、復(fù)合拋物槽開口寬度等參數(shù)對(duì)蛇形復(fù)合拋物面太陽能集熱器集熱性能的影響,為蛇形復(fù)合拋物面太陽能集熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、參數(shù)匹配等方面提供技術(shù)儲(chǔ)備和理論支持。 【關(guān)鍵詞】：蛇形復(fù)合拋物面太陽能集熱器 數(shù)學(xué)模型 真空玻璃蓋板 瞬時(shí)效率 熱損系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TK513
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 緒論7-17
• 1.1 太陽能的利用現(xiàn)狀7-8
• 1.2 太陽能集熱器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢8-14
• 1.3 存在的問題14-15
• 1.4 主要研究內(nèi)容及方法15
• 1.5 本論文架構(gòu)15-17
• 第二章 蛇形復(fù)合拋物面集熱器的設(shè)計(jì)17-24
• 2.1 復(fù)合拋物面聚光器的工作原理17-19
• 2.2 聚光器的設(shè)計(jì)19-21
• 2.3 接收器的設(shè)計(jì)21
• 2.4 集熱器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 第三章 數(shù)學(xué)模型的建立24-40
• 3.1 太陽輻射基本概念及基本理論24-32
• 3.1.1 相關(guān)角度定義24-27
• 3.1.2 太陽輻射計(jì)算27-30
• 3.1.3 天津地區(qū)太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算30-32
• 3.2 集熱過程的描述32-33
• 3.3 控制方程組33-38
• 3.3.1 i 節(jié)點(diǎn)真空玻璃外蓋板的能量平衡方程33-35
• 3.3.2 i 節(jié)點(diǎn)真空玻璃內(nèi)蓋板的能量平衡方程35-36
• 3.3.3 i 節(jié)點(diǎn)圓管接收器的能量平衡方程36-37
• 3.3.4 i 節(jié)點(diǎn)傳熱介質(zhì)（通常為水）的能量平衡方程37-38
• 3.4 單值性條件38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第四章 蛇形復(fù)合拋物面集熱器的實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證40-59
• 4.1 蛇形復(fù)合拋物面集熱器的實(shí)驗(yàn)裝置40-42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)用主要儀表42-46
• 4.3 實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果對(duì)比及分析46-55
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)過程46-47
• 4.3.2 流體進(jìn)口溫度為50.0℃時(shí)集熱器的性能分析47-50
• 4.3.3 流體進(jìn)口溫度為59.0℃時(shí)集熱器的性能分析50-52
• 4.3.4 流體進(jìn)口溫度為67.0℃~69.0℃時(shí)集熱器的性能分析52-55
• 4.4 室外穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)55-58
• 4.4.1 瞬時(shí)效率方程55-56
• 4.4.2 歸一化溫差56
• 4.4.3 瞬時(shí)效率曲線56
• 4.4.4 實(shí)驗(yàn)程序56-57
• 4.4.5 瞬時(shí)效率數(shù)據(jù)57-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 蛇形復(fù)合拋物面集熱器的數(shù)值模擬研究59-66
• 5.1 管長對(duì)集熱器性能的影響59-60
• 5.2 接收器管徑對(duì)集熱器性能的影響60-61
• 5.3 復(fù)合拋物槽開口寬度對(duì)集熱器性能的影響61-62
• 5.4 接收器發(fā)射率對(duì)集熱器性能的影響62-63
• 5.5 流速對(duì)集熱器性能的影響63-65
• 5.6 本章小結(jié)65-66
• 第六章 結(jié)論與展望66-68
• 6.1 結(jié)論66-67
• 6.2 問題與展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明72-73
• 致謝73

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小城里的太陽夢    薛秀春　劉月月

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