低成本太陽能聚集表面光譜輻射特性數(shù)值模擬與實驗研究

【摘要】： 由于能源危機和環(huán)境惡化,太陽能越來越受到人們的重視,但太陽能是低熱流密度的能源,為了實現(xiàn)能源利用的經(jīng)濟性必須對太陽能進(jìn)行聚集。本文研究太陽能聚集材料在受損(粗糙、變形、老化、污染)情況下聚集表面的太陽能多光譜輻射傳輸特性,進(jìn)而掌握太陽能聚集材料的性能參數(shù)。本文應(yīng)用蒙特卡羅法模擬光學(xué)反射特性并結(jié)合實驗分析。本研究對低成本太陽能聚集系統(tǒng)的研發(fā)尤其對太陽能發(fā)電系統(tǒng)的成本控制尤為重要。 主要研究內(nèi)容及方法: 1.利用航空航天熱物理研究所的多光譜雙向反射分布函數(shù)測試試驗臺實驗測量太陽能反光膜、太陽能反光鏡表面雙向反射分布函數(shù)(BRDF):發(fā)現(xiàn)磨損材料表面散射峰值發(fā)生偏移并且隨著入射光波長的增大而增大,隨入射光角度的增加而增加,同時出現(xiàn)一定的后向散射,波長和入射角度的增加有助于增強這種后向散射現(xiàn)象。 2.分析實際表面的形貌特征,發(fā)現(xiàn)該實際表面粗糙度整體分布比較平緩,高度并非完全Gauss分布。在幾何光學(xué)近似下,運用Monte Carlo法求解太陽能聚集材料粗糙表面散射的模型,聚集材料表面粗糙度形貌數(shù)據(jù)模擬了在0.6328μm波段下的雙向反射分布函數(shù)(BRDF),考慮了光線入射過程中的遮蔽效應(yīng)和多次反射以及面散射求解中的去偏振,模擬結(jié)果和實驗結(jié)果吻合較好。 通過實驗測量和數(shù)值模擬,本文對太陽能聚集反射材料表面光散射特性進(jìn)行了研究,系統(tǒng)的分析和討論了粗糙表面光散射特性的主要影響因素。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 聚集反射材料表面 雙向反射分布函數(shù)(BRDF) Monte Carlo法
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TK512
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 課題來源和背景8
• 1.2 研究的目的和意義8-10
• 1.3 國內(nèi)外的研究進(jìn)展及現(xiàn)狀10-16
• 1.3.1 國內(nèi)外太陽能反光材料研究狀況10-11
• 1.3.2 表面的光譜輻射研究進(jìn)展及現(xiàn)狀11-13
• 1.3.3 隨機表面的理論模擬研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.4 實驗測量研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 BRDF 及實驗測量方法17-29
• 2.1 雙向反射分布函數(shù)（BRDF）的定義17-20
• 2.1.1 雙向反射分布函數(shù)(BRDF) 的內(nèi)涵18-19
• 2.1.2 雙向反射分布函數(shù)( BRDF) 的外延19-20
• 2.2 BRDF 試驗測量方法簡介20-21
• 2.2.1 絕對測量20
• 2.2.2 相對測量20-21
• 2.2.3 比對測試法21
• 2.2.4 單一參考標(biāo)準(zhǔn)測試法21
• 2.3 多光譜BRDF 實驗測量系統(tǒng)簡介21-26
• 2.4 誤差的理論分析26-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 粗糙面散射的基本理論29-38
• 3.1 隨機粗糙表面統(tǒng)計描述29-33
• 3.1.1 高度分布函數(shù)(HDF)29-30
• 3.1.2 自相關(guān)函數(shù)(ACF)30-31
• 3.1.3 斜率分布函數(shù)(SDF)31-32
• 3.1.4 功率譜密度(PSD)32
• 3.1.5 隨機粗糙表面模型32-33
• 3.2 Monte Carlo 模型描述33-37
• 3.2.1 模型的建立33-36
• 3.2.2 去偏振的考慮36-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第4章 太陽能聚集材料表面BRDF 實驗測量38-60
• 4.1 試驗樣品來源38-39
• 4.2 哈爾濱氣象資料39-41
• 4.3 不同磨損程度反光膜在λ=0.6328μm 和λ=3.39μm 波段下實驗研究41-51
• 4.3.1 λ=0.6328μm 未磨損反光膜30°、45°、600 入射41-42
• 4.3.2 λ=0.6328μm 20 天磨損膜30°、45°、600 入射情況42-43
• 4.3.3 λ=0.6328μm 40 天磨損膜30°、45°、600 入射情況43-45
• 4.3.4 λ=0.6328μm 未磨損膜、20 天膜、40 天膜對比分析45-47
• 4.3.5 λ=3.39μm 未磨損反光膜30°、45°、600 入射47-48
• 4.3.6 λ=3.39μm 20 天磨損膜30°、45°、600 入射48-49
• 4.3.7 λ=3.39μm 40 天磨損膜30°、45°、600 入射49-50
• 4.3.8 λ=3.39μm 未磨損膜、20 天膜、40 天膜對比分析50-51
• 4.4 不同磨損程度反光鏡在λ=0.6328μm 和λ=3.39μm 波段下實驗研究51-59
• 4.4.1 λ=0.6328μm 未磨損鏡面30°、45°、600 入射51-52
• 4.4.2 λ=0.6328μm 20 天磨損鏡面30°、45°、600 入射52-53
• 4.4.3 λ=0.6328μm 40 天磨損鏡面30°、45°、600 入射53-54
• 4.4.4 λ=0.6328μm 未磨損鏡面、20 天鏡面、40 天鏡面對比分析54
• 4.4.5 λ=3.39μm 未磨損反光鏡面30°、45°、600 入射54-55
• 4.4.6 λ=3.39μm 20 天磨損鏡面30°、45°、600 入射55-56
• 4.4.7 λ=3.39μm 40 天磨損鏡面30°、45°、600 入射56-57
• 4.4.8 λ=3.39μm 未磨損鏡面、20 天鏡面、40 天鏡面對比分析57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第5章 太陽能聚集表面散射特性數(shù)值模擬60-68
• 5.1 材料磨損后表面形貌特征60-61
• 5.2 隨機粗糙表面模型61-63
• 5.3 太陽能聚集表面雙向反射特性模擬63-67
• 5.3.1 20 天磨損鏡面數(shù)值模擬分析64-65
• 5.3.2 40 天磨損鏡面數(shù)值模擬分析65-67
• 5.4 本章小節(jié)67-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74-76
• 致謝76

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