凹形球面石英窗对碟式系统腔体吸热器光学性能的影响

吸热器表面非均匀且高强能流载荷会降低其工作效率、安全性和服役寿命。提出一种凹形球面石英窗用于太阳能碟式聚光系统的腔体吸热器,可改善吸热器的能流均匀性、降低最大局部聚光比等光学性能指标。基于蒙特卡洛光线追迹法,考虑腔体吸热器由等开口、等面积和等高度三者共同约束,研究圆柱形、圆台形、圆柱-圆台形和球形4种腔体结构吸热器的光学性能。研究表明:采用平面石英窗时4种腔体结构吸热器的非均匀系数分别为0.60、0.86、0.70和0.74,最大局部聚光比分别为1050.0、1350.0、1190.0和1080.0;而采用凹形球面石英窗时4种腔体结构吸热器光学效率和采用平面石英窗时基本相同,但吸热器的非均匀系数分别下降到0.36、0.62、0.54和0.60,最大局部聚光比分别下降到743.7、922.2、916.5和1000.4,采用凹形球面石英窗比平面石英窗对各吸热器的光学性能均有明显提高,且其中圆柱形腔体吸热器比另外3种结构吸热器具有更好的光学性能。