温度和光强对聚光硅太阳电池特性的影响研究

利用恒压频闪式I-V曲线测试仪研究分析温度和光强对聚光硅电池特性参数的影响。研究发现,聚光硅电池开路电压V_(oc) 的温度系数随聚光比升高不断降低,从1倍聚光比的-1.97 m V/K降低到30倍聚光比的-1.71 m V/K,和其理论计算值吻合较好;和普通单晶硅电池开路电压V_(oc) 温度系数相比,该电池的要小,上述说明聚光硅电池在聚光下工作有利于其在较高温度下操作。聚光硅电池填充因子和效率均随温度升高而降低;由于串联电阻影响,该电池效率随聚光比的增大先增后减,适合在小于20倍聚光比下的系统中工作。可进一步优化该电池金属栅线覆盖率和阻值引起的功率损失以提高其适合应用的聚光比。     

R32在水平强化管内的流动沸腾换热特性研究

为研究制冷剂在内螺纹管内的换热情况,搭建集蒸发冷凝性能测试于一体的实验台,研究了替代工质R32在水平内螺纹管内的流动沸腾换热特性和压降特性。实验测试管外径分别为7和8 mm,进口过冷度和出口过热度为3～5℃,制冷剂质流密度为300～700 kg/(m~2·s),饱和温度保持在5～10℃,实验段水侧雷诺数为12 000～20 000,热平衡误差保持在5%以内。结果表明:制冷剂侧表面换热系数随制冷剂质流密度的增大而增大,随饱和温度的增大而减小,而水侧雷诺数Re对其并无影响;总传热系数随制冷剂质流密度、水侧雷诺数Re的增大而增大,随饱和温度的增大而减小;试验段压降随制冷剂质流密度的增大而增大,随饱和温度的增大而减小,水侧雷诺数对其无影响;在相同工况下,7 mm管比8 mm管的制冷剂侧换热系数以及总传热系数都大,但是其压降也比8 mm管大。     

复合抛物面聚光太阳能PV/T系统的实验研究

设计并搭建了CPC低倍聚光太阳能PV/T单通道空气系统实验台,对不同工作环境下聚光PV/T系统的热电性能进行了实验研究。实验研究结果显示:在聚光条件下,系统的各表面温度随光照强度的增加而升高,随下部通道入口空气流速的增加而降低。聚光PV/T系统的最大输出功率可达到60W,比对应相同电池面积平板系统最大输出功率高20W。聚光PV/T系统的各效率随光照强度增加而增大,系统的最大电效率为11%,最大热效率为70%,最大火用效率为16%,比单纯发电时最大火用效率提高约5%。实验获得了一批新的有价值的实验数据,为聚光太阳能光伏光热系统的进一步研究提供了依据。     

三结砷化镓聚光太阳电池电学特性的研究与仿真

聚光太阳系统将多结太阳电池与聚光器组合在一起,具有较高转换效率。本文基于单二极管模型等效电路,建立三结聚光Ga In P/Galn As/Ge叠层太阳电池的数学模型,研究不同聚光倍数下(200~1000X)电池的电学特性,并与实测值进行对比。结果表明:其开路电压、短路电流和电池功率随聚光比的逐步增大而增加,而电池效率随聚光比的升高呈先增后减趋势。实测值均小于理论值,计算误差随聚光比的增加而变大,最大计算误差不超过7.5%。     

一种高倍聚光光伏系统中太阳电池冷却的实验研究

针对高倍聚光光伏系统电池片发电效率受温度制约的问题,设计并搭建一个双轴跟踪的碟式聚光光伏发电系统,并进行户外实验。系统采用两相闭式虹吸热管为三结Ga In P/Ga In As/Ge太阳电池进行散热。研究结果表明:在聚光比为150,蒸汽饱和温度为343.2 K的工况下,热管中水的充注率为30%时,电池片温度与热管蒸发端平均温度最低;在充注率为30%,蒸汽饱和温度为343.2 K的工况下,随着聚光比的增大,电池和蒸发端的平均温度也随之增大;同时,电池片与蒸发端底部的温差较大,特别是在高倍数聚光工况下。所收集的数据可对碟式聚光光伏系统散热问题的研究提供一定的参考价值。     

水平管降膜蒸发传热系数影响因素的实验研究

搭建水平管降膜蒸发实验台,分别进行实验流体为海水和纯水的实验,将其结果在不同热流密度、雷诺数(Re)、蒸发温度等条件下进行比较。研究结果表明,在小温差和较低雷诺数下,热流密度对水平管降膜蒸发传热系数基本无影响;两种流体的传热系数均随雷诺数的增大而出现先增后减的趋势;随蒸发温度的升高,海水的传热系数逐渐降低,淡水则逐渐升高;两种流体具有不同的水平管降膜蒸发临界雷诺数。     

非均匀辐照下密集阵列聚光光伏系统的性能研究

近年来对密集阵列聚光光伏系统(DA-CPV)的研究日益受到重视。DA-CPV系统可结合各种不同形式的光学聚光设备,其电池模块通常工作于高聚光比、高温、非均匀光照条件下,因此系统的输出特性随外界工作条件改变而变化,其关联机制和影响因素需进一步分析研究。该文利用Matlab/Simulink建模,对不同阵列布置条件下的DA-CPV系统输出特性进行仿真计算,形式包括串联系统、8×2串并联系统、8×2全连接系统和全连接系统。并针对不同光照分布、不同串联电阻值条件进行仿真模拟,得到不同工作条件下输出特性曲线。经对比分析认为,全连接方式输出电流最大,8×2全连接方式以及8×2串并联连接方式输出功率、电压最大;存在最佳聚光比使得系统光电转换效率最大;串联电阻增大将使得系统输出功率显著降低。     

两种用于HCPV/T的水冷换热器传热特性的对比实验研究

本文对两种适用于高倍聚光发电供热（HCPV/T）系统的多槽道和微通道水冷换热器进行了实验研究。利用模拟热源模拟了HCPV/T系统中光伏电池工作时的热流密度,分别研究了流量、壁面温度和输入电压对两种换热器传热特性的影响,并利用传热学理论对两种换热器的特点进行分析,获得了两种换热器努赛尔数Nu与雷诺数Re的拟合经验公式。实验结果表明,微通道换热器在低流量下有较强的换热能力,但在高流量下,换热能力无法随流量增大继续提高;多槽道换热器在低流量下换热能力不佳,但在高流量下仍可随流量增大继续提高。     

微型燃气轮机CW原表面回热器芯体内传热及阻力特性分析

建立微型燃气轮机CW(交叉波浪型,Cross Wavy)原表面回热器三维周期性充分发展数值计算模型,对芯体内传热和阻力特性进行了分析,确定了质量流量和温度水平对换热量及压降的影响,给出了CW原表面芯体板内阻力、传热因子以及努塞尔数与雷诺数之间的经验关联式。传热及阻力性能分析结果表明:随着雷诺数的增大,回热器芯体单元传热系数增大,传热量逐渐增加,并且随着低压高温烟气侧的进口温度升高,传热量增加幅度增大;回热器芯体单元回热度随雷诺数的增大而减小,随燃气进口温度升高而减小。     

槽式均匀聚光系统设计及分析

为提高槽式聚光系统的聚光均匀性,提出一种槽式均匀聚光系统,建立了该系统反射聚光器模型,并对其聚光效果进行了分析.对系统的几何参数分析表明,随着反射镜面数量的增加其宽度在逐渐减小而其倾角却在逐渐增加,系统最大几何聚光比随系统的几何高宽比δ增大而增加.利用蒙特卡罗光线追迹方法对该聚光器的聚光效果进行模拟,结果表明该系统的聚光均匀性明显优于传统的槽式聚光器聚光效果,能够满足设计需求.     

植物生长对含沙水流特性的影响研究

采用无植物和高2、5、9 cm模拟植物的12组次的水槽试验,探讨了植物生长对含沙水流特性的影响规律。试验结果表明,含沙水流流速分布在植物带中不再符合对数分布形式,而为S型分布;水流的雷诺数和弗劳德数随植物高度增加而减小,随流量增加而增大;糙率随植物高度增加而增大,随流量增大而减小;悬移质浓度垂向分布随植物高度增加而降低,随流量增加而增大,沿植物带水流方向悬移质浓度逐渐降低。     

矩形波状壁面二维层流运动阻力特性的研究

采用有限体积法对雷诺数Re＜2 000的层流流态下周期性矩形筋条波状壁面阻力特性进行了数值模拟,针对不同无量鲷波幅a/h与各种雷诺数的组合,计算了壁面应力分布特性.通过实验与数值法论证结果表明,波状壁面下水流的形状阻力、摩擦阻力随雷诺数增加而增大,提出了周期性矩形波状波边界层流沿程平均水头损失系数ξ的概念,可获平均阻力系数随雷诺数和筋条几何参数间的变化规律,具有实用价值.     

聚光型光伏系统光电耦合性能研究

针对复合抛物面聚光型光伏（PV-CPC）系统,建立光电耦合模型,模拟不同聚光比下光伏阵列表面太阳辐照度分布规律,并比较3种不同网格电路模型的适用性和准确性。结果表明：采用离散网格照度方法模拟精度最高,同时聚光型光伏系统在提升发电功率的同时也导致一定效率损失。当聚光比增大时,光伏阵列表面辐照度值及不均匀性增大,最佳聚光面处的照度分布均匀性优于CPC出口处;光伏阵列的发电功率和效率与太阳总辐照度呈正相关、散射比呈负相关关系。     

布风板阻力对流动传质的影响

布风板是反应器中气流分布均匀和稳定性的重要保证。布风板阻力对气体流动和传质具有重要的影响,是反应器设计中关键部件,故利用多孔介质模型和传质反应模型,分析了反应器中压降、反应气体质量分数、固体颗粒体积分数、相对雷诺数以及传质系数Sh等参数随布风板阻力系数的变化规律。研究表明,压降、布风板下部的反应气体质量分数、布风板上部相对雷诺数以及传质系数Sh随着阻力系数增大而增大,布风板下部相对雷诺数和布风板上部的反应气体质量分数随阻力系数增大而减小。     

聚光太阳能吸热管的火用效率优化

利用聚光太阳能吸热管的物理模型和炯方程式,分析聚光吸热管的吸热传热性能并优化系统炯效率.随着聚光热流密度的提高,聚光吸热管吸热效率先增加后减少,而增加流速可以降低管壁温度并提高吸热效率,增大管径则提高管壁温度并降低吸热效率.沿着流动方向,主流温度、工作流体内能流量与炯流量线性升高,而炯效率则先增加后降低.进口温度升高时,红外辐射热损失增加,吸热管吸热效率降低,而流体内能炯效率则显著提高,因此聚光吸热管整体(火用)效率先增加后降低,在进口温度为优化温度时达到最大值.     

新型太阳能膜蒸馏聚光系统光学性能模拟研究

利用太阳能加热膜蒸馏淡化苦咸水是一项水处理技术。通过对完整型抛物面聚光系统进行改造,建立了完整型抛物面、非完整型抛物面、同轴非完整型平移抛物面3种聚光系统的三维模型。利用蒙特卡洛光线追踪法模拟了经聚光器聚光在平板接收器表面的辐射强度分布。与其它两种聚光系统比较,同轴非完整型平移聚光系统的辐射强度峰值最小、均值相差不大,且有两条光斑,光学效率达到85.65%。针对同轴非完整型平移聚光系统,在焦距不变的条件下,模拟环数和边缘角对接收器表面辐射强度分布的影响,从而得出辐射强度随环数和边缘角的变化规律。     

井筒自循环热交换基本规律实验研究

本文基于井筒自循环采热原理,设计并搭建了井筒自循环换热模拟实验装置,选择常规的水作为携热流体,开展了局部井筒自循环热交换规律实验研究。研究表明,随采热时间增加,套管周围热储温度、压力波动、井口获得的采热量和平均对流换热系数均迅速降低并逐渐保持稳定,热损失率逐渐增大后趋于稳定,温度沿井筒自上而下逐渐升高,但温度分布曲线逐渐降低。不同时间点下,密度和粘度均随水温升高而降低,采热10 min时,沿井筒温度分布最高,密度和粘度最小,因此流速和雷诺数最大。随时间增加,地热储层通过套管管壁向流体传递的热通量逐渐减小,而油管向油套环空传递的热通量逐渐增加。     

弯尾管亥姆霍茨型无阀自激脉动燃烧器传热特性

在传统的亥姆霍茨型脉动燃烧器基础上,取消了机械阀,采用连续供气方式,建立了弯尾管亥姆霍茨型无阀自激脉动燃烧器实验系统,设计了0°、45°,90°和135°弯尾管结构形式,实验研究了弯尾管亥姆霍茨型无阀自激脉动燃烧器尾管的传热特性。结果表明:在相同频率下脉动燃烧器传热系数随压力振幅的增大而增大,脉动流的传热系数约为相同雷诺数下稳态流传热系数的2.4-4.6倍;在相同压力振幅下脉动燃烧器传热系数随脉动频率的增大而增大,脉动流传热系数约是相同雷诺数下稳态流传热系数的3.3-4.7倍。     

高雷诺数层流管道中颗粒惯性聚集特性的力学分析

根据相对运动原理,结合CFD技术,数值研究了在圆形截面通道高Re数层流中,颗粒所受惯性升力的空间分布特征,提出了颗粒惯性聚集现象在高雷诺数层流管道中所出现的内部聚集圆环的力学成因和影响因素。研究结果表明:颗粒在高雷诺数工况下所受的惯性升力的空间分布规律与低雷诺数工况完全不同,有两个稳定的升力零点:一个靠近通道中心,是形成颗粒内环聚集区域的力学成因;另一个靠近壁面,是形成颗粒外环聚集区的力学成因。这种现象的产生与旋转诱导升力并无明显相关性,而是源于流场压力场的贡献;影响颗粒内环聚集区的主要因素为颗粒相对粒径和Re数。相同条件下,该内环聚集区的半径会随颗粒相对粒径的增大而增大,随管道Re数的增大而减小。     

散射占比对低倍CPC热性能影响的对比实验研究

搭建聚光比分别为1.5、2.0和3.0的复合抛物面聚光器(CPC)对比实验系统,在集热器进口温度110℃条件下,对比实验研究散射辐照占总辐照比例(散射占比)对3种聚光比CPC系统集热性能的影响,并对我国不同地区典型辐照资源条件下CPC聚光集热的热性能进行分析。结果表明:散射占比对低倍CPC集热性能有明显影响,对于同一聚光比CPC,CPC热效率均随散射占比的降低而提高;对于不同聚光比CPC,1.5×CPC在散射占比高时热效率最高,3.0×CPC仅在散射占比低的晴天具有最高热效率。