线性菲涅耳集热器的光学效率分析

虽然线性菲涅耳集热器效率比其他集热器效率低,但是其成本却更低,所以受到越来越多的关注。影响线性菲涅耳集热器效率的因素较多,诸如反射镜的光学效率、接收器的光学效率、接受器的热损失、入射角损失、接收器的端部损失和遮阴等,其中光学效率是一个重要的影响因素。本文针对一个安装在昆明地区的小型线性菲涅耳集热器展开了模拟和实验研究。通过和同类型模拟结果对比得出影响此次实验光学效率偏低的一些因素,同时提出相应措施对实验装置进行改进以达到提升其效率的目的。     

基于线性菲涅尔反射镜的二次反射塔式太阳集热器性能分析

提出基于线性菲涅尔反射镜的二次反射塔式太阳集热器的设计原理,设计一个由3组定日镜组成的小型塔式集热器,分析塔式集热器的光学性能,当光线垂直入射时,其光学效率可达65%。搭建基于线性菲涅尔反射镜的二次反射塔式集热系统实验台。测试结果表明,入口温度110℃时,热效率为51.6%;工质进口温度110℃时,热损失系数为38.6 W/(m~2·℃),热损失为583.4 W。     

线性菲涅尔集热器光学特性实例分析与模拟

对线性菲涅尔集热器的聚光性能和光学效率进行了模拟与计算.根据几何光学原理,对集热器镜场各项光学损失(如余弦损失、阴影与遮挡损失)建立数学模型,计算出每项光学损失对应的光学效率.再用TracePro光学软件建立集热器的几何模型,利用光线追踪的方法,模拟入射到镜场的光线在模型空间的传播.光线在模型表面发生吸收、反射和散射等过程,追踪每束光线的光通量,计算得到集热器的光学效率和聚光比等性能参数.结果表明:通过数学模型和光学软件模拟得出的集热器光学效率一致,2种方法分别从细节与整体上剖析了影响集热器光学性能的因素,在集热器设计中可以结合使用,互相补充.     

三角腔体菲涅尔线集热器性能实验研究

介绍了一种线性菲涅尔集热器,并进行了性能测试实验。集热器采用三角形腔体管束型吸收器,镜场采用超白玻璃反射镜,安装时做微弧处理,跟踪方式为单排独立驱动跟踪。参考GB/T4271-2000和ASHRAE 93-86两种标准,采用瞬时法对集热器进行性能测试,衡量集热器的工作性能。根据实验测点数据,计算出菲涅尔线聚焦集热器的空晒系数、热损系数以及集热器效率。实验结果表明,工作温度为150℃时,集热器效率可以达到36.6%,热损系数为110W/m.     

反射式线性菲涅尔集热器性能的实验研究与模拟分析

采用热网络法建立菲涅尔集热系统CPC腔式接收器的数值传热模型,搭建集热器系统,实验研究集热器效率、CPC腔的集热性能。利用数值传热模型分析太阳辐照度、镜场宽度、工质入口温度和质量流量的变化对系统出口温度和效率的影响,以期为菲涅尔集热器出口参数的控制提供依据。实验数据验证了模型的有效性,模拟结果显示,质量流量对工质出口参数影响最大;镜场宽度和辐照度对集热效率的影响最为显著;菲涅尔集热器的热效率可达68%。     

菲涅耳太阳能聚光系统几何矢量分析

提出了线性菲涅耳聚光反射装置中入射角、反射位置、跟踪倾角的矢量计算方法.该聚光装置中每个反射镜面(简称镜元)需实时跟踪太阳,将太阳入射光反射至固定位置的线性吸热器上,每一镜元的入射角、反射位置、跟踪倾角均时刻变化,系统设计时的计算非常复杂.利用目前太阳位置算法中得到的太阳高度角、方位角,通过矢量法,简化计算过程,推导出线性菲涅耳反射装置任一镜元的入射角、反射位置、跟踪倾角公式,便于菲涅耳太阳能聚光装置的分析应用,计算了2009年各月平均日的各量在具体算例情况下的变化.     

吸热板参数对平板太阳集热器热性能的影响

建立单层盖板平板太阳集热器的一维稳态数学模型,用Visual Basic语言编写程序模拟研究吸热板各参数对平板太阳集热器热性能的影响。在综合考虑集热器效率因子与金属消耗量的基础上,设集热器总热损失系数为变量,对铜铝复合平板太阳集热器的吸热板厚度与管间距进行了优化。研究表明,用导热系数大的铜板代替铝板的优势并不明显;吸热板厚度在0.3 mm以上增加时,平板太阳集热器热性能的提升很小;随着管间距的增加,平板太阳集热器性能下降;吸热板涂层的改进对于平板太阳集热器热性能的提高至关重要;排管内/外径、盖板透过率、涂层吸收率分别为0.0108/0.012 m、0.916、0.89时,在全年运行的平均工况下,保证集热器效率因子为0.9,优化得到吸热板厚度、管间距分别为0.25 mm、11 cm时,金属材料消耗量最小,为2.27 kg/m2。     

线性菲涅尔集热器镜场设计理论与光学分析

文章介绍了线性菲涅尔反射镜场的设计方法与数学模型,分析了镜场模型的光学特性和镜场的各项光学损失,并计算了集热器的光学效率。在镜场反射镜数目一定的情况下,研究了光学效率随吸收器高度、镜面间隔与镜面宽度变化的规律。研究结果表明:吸收器高度对镜场的余弦损失、阴影遮挡损失影响较大,吸收器高度增加,集热器光学效率随之增加;镜面间隔变化对镜场余弦损失影响很小,对阴影与遮挡损失的影响很大,镜面间隔增大,阴影与遮挡损失迅速减小;镜面宽度对镜场余弦损失影响很小,太阳入射倾角较小时,镜面宽度对阴影与遮挡损失影响较大,镜面宽度增大这种损失迅速增大。     

线性菲涅耳集热器接收器对镜场的遮挡研究

带有二次反射器的线性菲涅耳聚光集热器,虽然其接收器表面的能量分布更均匀,但也增加了接收器对反射镜场的遮挡。本文采用理论计算和模拟两种方式对已设计的线性菲涅耳集热器二次反射器对镜场的遮挡情况进行分析,先通过理论计算得出二次反射器对西边三块初级反射镜遮挡角θni的范围,然后利用光线追踪软件模拟出安装和不安装二次反射器两种情况下到达初级反射镜的光线数目,根据光线数目变化情况得出西边三块反射镜的遮挡角变化范围分别为70º ~ 90º、54º ~ 72º和42º ~ 58º,同时引入光线损失率来衡量二次反射镜对镜元遮挡的影响,结果得出安装二次反射器后镜元光线损失率最大值达到23.53%。     

无吸热管球形腔式集热器的设计与数值模拟

腔式集热器是点聚焦式太阳能集热系统的核心部件。目前,大多数腔式集热器均在腔体内壁上铺设吸热管,这样会导致该腔式集热器结构复杂、热损失严重。因此文章提出了一种新型的无吸热管球形腔式集热器,并对该腔式集热器的结构参数进行设计,而后采用Trace Pro,ANSYS软件对该腔式集热器进行光学仿真和热稳态分析。研究结果表明:无吸热管球形腔式集热器可以对聚焦光线进行多次反射和均匀吸收,光吸收率大于90%;当腔体内壁温度为500℃时,该腔式集热器的热效率为57.5%,随着腔体内壁温度的逐渐降低,热效率会逐渐升高;导热腔壁的热流主要集中在工质孔处,导致工质孔处工质获取热量的效率较高。     

线性菲涅耳太阳能聚光系统

线性菲涅耳聚光反射装置是对连续抛物面聚光镜的一种离散化近似,因由法国工程师Fresnel发明而得名。线性菲涅耳太阳能热发电技术在太阳能热发电系统中非常有用,尤其是在需要安装大面积的镜场时,对成熟的槽式太阳能聚光热发电系统形成强有力的竞争。简要介绍了线性菲涅耳聚光反射装置的技术特点及发展现状。     

一种采用腔体吸收器的线性菲涅尔太阳集热器性能分析与优化

通过理论与实验的方法,对一种采用方形腔体吸收器的线性菲涅尔太阳集热器的集热性能进行研究,分析影响菲涅尔集热器光学性能和集热性能的影响因素,通过Matlab编程模拟集热器的集热性能,并由实验测试进行验证。该集热器的光学效率为78.6%,最高集热温度为180℃,在集热温度80~150℃的范围内,集热效率从52.3%变化到36.2%,热损系数从9.5 W/(m~2?K)升至22.8 W/(m~2?K)。与此同时,通过Trace Pro软件模拟,对集热器的设计结构进行优化分析。研究表明:该菲涅尔太阳集热器具有良好的集热性能,在适宜的天气条件下运行稳定可靠,且具有易搭建、维护简单和技术经济性好的特点,在中温太阳能的热利用领域具有良好的应用前景。     

菲涅耳太阳能聚光系统跟踪倾角的矢量算法

提出了线性菲涅耳反射装置中太阳跟踪倾角的计算方法。该聚光装置中每一个反射镜面(简称镜元)需实时跟踪太阳,使太阳入射光反射至固定位置的线性吸热器上。但是,从目前的太阳位置算法中得到的太阳高度角、方位角并不能直接用来控制跟踪,必须进行复杂计算,得到每一镜元相应的跟踪倾角,然后控制电机使其旋转至相应位置。通过将太阳矢量适当分解,简化计算得到适合于菲涅耳太阳能聚光装置反射定位的旋转倾角并经实验验证。     

混合式聚光集热器性能的理论分析

本文着重从理论上讨论由菲涅耳反射镜和平面镜组成的混合式聚光集热器系统的光学设计及其集热管的热力学计算。根据具体的结构设计和理论推导,得到了为设计这类聚光集热系统实际可用的计算公式,如平面镜和菲涅耳反射镜的遮荫计算,集热管中工质温度的计算等。     

基于镜面积尘的线性菲涅尔系统聚光性能研究

针对线性菲涅尔反射式（LFR）聚光集热系统镜面积尘所引起的光学损失问题,建立镜面积尘的系统三维模型,利用蒙特卡洛光线追迹法进行光学仿真模拟,研究灰尘颗粒形状、粒径以及镜面积尘密度对光线路径、系统能流密度和聚光效率的影响,并利用LFR能流密度测试系统来验证仿真模拟方法的可靠性。结果表明,球体颗粒对光线有汇聚作用,入射至正方体颗粒的光线会被完全吸收,镜面积尘密度增加1 g/m²,吸热管周的平均能流密度降低625.17 W/m²,系统的聚光效率下降5.53%,且镜面积尘颗粒的粒径越小,吸热管周的能流密度下降越严重,不同积尘密度下仿真模拟与试验测试的能流密度变化趋势一致,两者之间误差为9.6%。     

复合抛物面聚光器在线性菲涅尔聚光上的应用

简述了线性菲涅尔的聚光原理及国外研发机构的相关应用现状,针对聚光器面临的技术难题,研制出一种复合抛物面聚光器,简要介绍其组成结构及反光板曲面形状.结合该技术在世界首座屋顶式太阳能菲涅尔热发电站上的应用并经过相关测试.论证了此聚光器技术具有明显的优势和广阔的应用前景,提高了线性菲涅尔聚光集热器在太阳能热发电、中温工业应用等领域的市场竞争力.     

槽式集热器真空集热管传热特性研究

通过分析太阳能槽式集热器真空集热管的热性能,建立了槽式集热器真空集热管稳态传热模型,通过和典型实验数据对比,验证该模型的适用性和准确性。在此基础上,分析在无光照条件下,吸热管内壁温度、环境温度、风速和集热管残存气体种类等因素对集热管热损失的影响。结果表明：吸热管内壁温度的升高会增大玻璃管外壁温度和集热管热损失;环境温度和风速对玻璃管外壁温度有显著影响,但对热损失的影响甚微;吸热管与玻璃管之间以辐射传热为主,对流换热受环形区域残存气体种类和压力的影响。     

电磁联动追日跟踪技术在线性菲涅尔聚光上的应用

通过对电磁联动追日跟踪装置的结构和优点的阐述,结合该技术在世界首座屋顶式2.5MW太阳能菲涅尔热发电站上应用,论证了电磁联动追日跟踪技术具有明显的优势和广阔的应用前景,提高了线性菲涅尔聚光集热器在太阳能热发电、中温工业应用等领域的市场竞争力.     

非均匀热流密度下槽式集热器吸热管热应力分析

为了分析槽式集热器吸热管的热力性能及其对集热系统安全运行的影响,以LS-2型集热器为研究对象,通过有限元数值模拟方法对槽式集热器吸热管进行热-结构耦合分析。结果表明:吸热管管壁最大温度位于出口处下端(抛物面反射镜反射光线照射区域),吸热管管壁最小温度位于入口处上端(太阳辐照直射区域);太阳直射辐照强度(400～900 W/m~2)越大,工质入口温度(50～300℃)越低,入口流速(1.0～3.5 m/s)越慢,对吸热管的热变形量和热应力影响越大。在集热器实际运行中,当太阳直射辐照强度较高时,工质入口温度和入口流速不能选取太低,否则会造成吸热管热应力增加,影响集热器的使用寿命。     

聚光太阳能热发电中吸热器吸收涂层的选择

对各类聚光比的聚光太阳能热发电中的吸热器吸收涂层进行了研究,同时对耐高温太阳吸收涂层进行了高温热处理和辐射性能测试.研究表明,菲涅耳线式和抛物面槽式聚光吸热器由于聚光比较小,吸热体表面温度较低,主要采用选择性涂层以提高吸热表面温度和吸热效率;而塔式和抛物面碟式聚光吸热器由于聚光比大,吸热体表面温度较高,高温时的吸收涂层在红外波段的吸收率下降,因此主要采用高吸收率的耐高温涂料为太阳吸收涂层.