槽式太阳能集热与相变蓄热耦合模型(Ⅱ):性能优化

在采用两级组合相变蓄热材料的基础上,利用已建立的槽式太阳能集热单元和蓄热单元的1-2维混合模型,对组合相变材料蓄热性能进行优化研究。研究结果表明,受所选相变材料热物性的影响,随PCM1比例增大,蓄热速率减慢,总蓄热量增加;随传热流体质量流量增大,相变材料完全融化时间缩短,当质量流量大于0.5 kg/s后,质量流量对蓄热性能的影响减小;随相变材料初始温度升高,总蓄热量减小,熔化时间和达到最大蓄热量时间基本不变,对蓄热性能影响不大。     

耦合模型预测槽式太阳能系统性能

以槽式太阳能系统管式集热器的二维热学和三维光学耦合模型为研究对象,提出快速的数值算法。模型考虑温度对材料热性能的影响,计算两种集热器在太阳辐照下的性能,并与实验数据及其他二维传热模型的计算结果进行比较,结果表明,工作温度达到250℃以上时,模型预测的热损平均相对误差对于真空和空气两种工况分别为4.66%和2.61%。     

槽式太阳能集热系统性能的研究

太阳能是槽式太阳能热电站集热器的主要能量来源.通过建立太阳光学模型、槽式集热器传热过程模型和集热器效率模型,对槽式太阳能集热系统性能进行了研究.以A地一年中春分日太阳法向直射辐照度为基础,计算出太阳光入射角的余弦值,讨论了太阳法向辐照度等因素对集热系统性能的影响.     

熔盐槽式太阳能热发电站集热系统性能研究

通过SAM软件建立了建设在中国拉萨市、以低熔点熔盐为集热蓄热工质的80 MW熔盐槽式太阳能热发电站模型,结合理论分析,通过参数分析法,以槽式集热系统的集热效率等性能参数为优化目标,对该槽式电站模型的集热系统进行模拟优化分析。主要分析了集热器的开口宽度和集热系统的布置方案对熔盐槽式电站集热系统性能的影响。通过对比分析各组数据,得到适用于熔盐槽式电站的集热器、集热器阵列最佳布置方案(即集热系统单回路中最佳集热器数量和总回路数)、集热系统工质最佳设计出口温度和集热系统最佳分区数之间的匹配关系。     

太阳能相变蓄热水箱性能实验研究

利用相变材料蓄热是提高太阳能系统效率的重要途径之一。为对比分析含相变材料蓄热水箱的性能,选用三水合乙酸钠,搭建了一套蓄热水箱实验系统,在初始水温为80℃、进水温度为20℃的工况下,对比分析不同进口流量下(2、6和10 L/min)相变蓄热水箱的热特性。实验结果表明:相变蓄热水箱的蓄热量较普通水箱增加了1.4%;随着流量的增加,水箱的混合数先减小后增大,火用效率逐渐降低,相变蓄热水箱的填充效率先增大后减小,且在6 L/min时达到最大值0.905。     

太阳能相变蓄热炕热工性能模拟

将高导热复合相变材料应用于太阳能水暖炕,以缩短太阳能水暖炕的热响应时间,实现速热;通过CFD对太阳能相变蓄热炕的炕体单元建立三维非稳态传热模型,对炕体的热工性能进行模拟分析;结果表明：太阳能相变蓄热炕完成蓄热的时间为1 200 s,在未采取供暖的房间内能维持垫面温度293-295.8 K,放热时长在15 h左右,通过温控开关控制可较好地实现周期性蓄热。     

基于量纲分析的双轴槽式太阳能系统集热性能研究

针对影响双轴跟踪槽式太阳能系统集热效率的多种因素,文章采用量纲分析法建立了集热效率预测模型,构建了包括Re数在内的5个无量纲量。实验测试了不同工况下系统的集热性能,通过多元线性回归对集热效率预测模型进行了求解。研究结果表明:在文章研究范围内,Re对集热效率的影响较大,太阳辐照量、集热管几何参数以及传热工质物性等对集热效率影响相对较小;在集热效率预测模型复测样本范围内,集热效率计算值和实测值之间的最大相对误差不超过15%。文章建立的双轴跟踪槽式太阳能系统集热效率预测模型精度较高,可为槽式太阳能系统的工程设计和优化运行提供理论依据。     

槽式太阳能供热光伏系统集热器集热性能的实验研究

文章基于沧州地区的气候特点,通过实验分析了传热工质进口温度、直射辐射量对槽式太阳能供热光伏系统中集热器集热性能的影响情况。实验结果表明:沧州地区3月份晴朗天气条件下,槽式太阳能供热光伏系统的集热效率为0.35～0.65;当运行温度为20～100℃时,随着传热工质入口温度逐渐升高,槽式太阳能供热光伏系统中集热器的集热效率和火用效率均得到明显提高;直射辐射量的增大,会导致槽式太阳能供热光伏系统中集热器的集热效率和火用效率随之升高。     

新型相变蓄热式太阳能集热管及热性能研究

结合太阳能真空集热管和相变蓄热材料的特点,提出了一种集热/蓄热一体化的新型相变蓄热式太阳能集热管,该集热管主要由金属-玻璃真空集热管、螺旋换热管和相变蓄热材料组成。通过室外蓄放热性能实验进行性能测试,结果表明:该新型相变蓄热式太阳能集热管集热效果良好,集热温度可达80℃以上,可很好地应用于热水供暖领域;以石蜡为相变蓄热材料,单根集热管的蓄热量可达3.25 MJ;放热过程中,有效得热量为873.6 kJ,放热损耗率为0.602;在保温性能上,温降率达1.67℃/h,保温性能待进一步提高。     

槽式腔体太阳能集热系统特性数值模拟及优化

以槽式腔体太阳能集热系统的集热过程为研究对象,建立系统各个组成部件的传热模型,利用数值模拟进行仿真,并采用卡尔曼算法对数值模拟运算进行优化,结果表明:模拟温度平均误差在2%以内,且腔体集热效率和油箱储热效率的平均误差也有较大幅度下降。经实例分析验证优化运算下传热模型的适用性,进而运用数值模拟对系统进行优化研究,表明随着太阳辐射强度的升高而增加工质流量可维持油温在140～160℃,同时可提高腔体集热效率,从而实现稳定输出热能的策略。     

基于能量分析和分析的槽式太阳能集热系统优化研究

采用光学-动力学耦合的方法,建立槽式太阳能真空管接收器的三维流动、传热模型,分析影响集热系统热效率和效率的因素。为验证模拟结果准确性,与文献试验结果进行对比,吻合较好,平均误差为9.4%。模拟结果显示,传热流体入口温度、环形区域压力对集热系统热效率和效率的影响最显著,间隙尺寸的影响次之,传热流体质量流速的影响最小。     

用于储存太阳能的相变蓄热器蓄热性能研究

利用计算流体力学软件Fluent的凝固/熔化模型,模拟了用于储存太阳能的两种相变蓄热器的蓄热过程,得到了蓄热过程中相变区的温度云图,分析了两种蓄热器的蓄热能力和传热方式。研究结果表明,合理增加内管数量可以提高相变过程中的对流换热强度和蓄热能力。     

槽式太阳能光热电站集热系统分区数对系统性能的影响

以某50 MW槽式太阳能光热电站为模拟对象,依据电站的主要参数,建立槽式太阳能热发电系统模型,分析了集热系统分区数、回路数和储热时长对年净发电量和平准化度电成本的影响。结果表明：50 MW槽式太阳能光热电站的单回路中集热器数量以4个为最佳,最佳集热系统分区数为6,最佳储热时长为16 h。     

相变蓄热同心套管传热模型和性能分析

建立了一种简便的相变蓄热同心套管传热模型,用来求解相变材料在相变过程中流体温度和相变界面随时间和向位置的变化规律,模型中考虑了相变材料导热热阻和有效传热面积随时间和位置的变化,适用于流体入口温度和流量随时间变化的情况,计算值与有关文献值吻合,验证了模型的正确性。藉此模型对文献「７」中相变贮能换热器的储、放热性能进行了模拟分析。     

太阳能相变蓄热应用于吸收式制冷的分析

介绍了一种将太阳能相变蓄热技术应用于两级吸收式制冷的新型空调系统,简要分析了该系统的装置结构、工作原理和使用优点。对相变蓄热装置放热过程中放热盘管出水温度随放热时间的变化关系进行了实验测量,并对两级吸收式制冷系统效率进行了分析。通过研究可知,该太阳能空调系统有效解决了以往系统不稳定性和间断性问题;太阳能相变蓄热装置具有体积小、蓄热量大、放热速率大、连续放热温度均匀、便于控制热源加热温度等特点,适合储存太阳能并为吸收式制冷系统提供加热热源。综合考虑系统设备简单,加工要求低的制造特点,所以吸收式制冷以太阳能等低品位热源驱动有着良好的发展前景。     

DSG槽式太阳能集热器传热与水动力耦合稳态模型

利用直接蒸汽发电(DSG)集热器传热特性与水动力特性耦合建立了HHC稳态模型,并利用所建模型对DSG集热器的稳态特性进行了仿真分析,得到了在太阳直射辐射强度(DNI)、工质质量流量、入口工质温度和入口工质压力变化时,DSG集热器出口参数的一系列重要变化规律.并与文献的实验数据以及其他文献所建模型计算结果进行了对比.结果表明:为保证DSG集热器正常运行时其出口工质处于干蒸汽区且出口温度在合理范围内,DNI需要大于一定阈值,并留有一定阈度,工质质量流量需设定在一定范围内,且可选范围较小,而入口工质温度、压力在较大范围内都能满足要求;通过实验数据与模型计算结果的对比,验证了所建模型的正确性和精确性.     

蓄热水箱水温和水箱体积对太阳能集热系统的性能影响分析

采用实验和模拟计算方法对太阳能集热系统蓄热水箱的水温和水箱体积影响因素开展探究,分析日有用得热量、集热器功率和水箱内平均温度等参数随水箱初始温度和水箱体积的变化规律。研究结果表明：水箱初始温度从10.34℃增加到29.88℃时,日有用得热量减少了19.52%;换算成日太阳辐照量为17MJ/m2时的储热水箱中水的温升值下降了17.66%,储热水箱结束水温下降了10.73%;单位面积日有用得热量减少了17.64%。通过TRNSYS模拟软件,分析出太阳能集热系统全年运行工况时的水箱变量参数对系统性能的影响,获得了日有用得热量、集热器功率和水箱内平均温度的变化规律。通过选取不同月份的若干个时段进行对比分析,得出水箱体积对太阳能供热系统的影响较水箱初始温度大;当下调水箱初始温度和缩小水箱体积时,日有用得热量提升,但集热器功率降低;当上调水箱初始温度和缩小水箱体积时,水箱内平均温度升高;且随着太阳能集热系统运行时间的累加,水箱初始温度和水箱体积对上述各性能参数的影响减弱。日有用得热量、集热器功率和水箱内平均水温随着季节变化明显,秋季和冬季气候下的日有效得热量,集热器功率和水箱内平均水温均低于春季和夏季。     

槽式太阳能集热场与燃煤机组混合发电系统研究

通过太阳能与燃煤机组混合发电系统的分析研究,以槽式太阳能集热器与燃煤机组集成为基础,采用以工质直接吸收太阳能热的方式,考虑工质不同的引出和引入系统的部位,提出了三种不同的系统集成方式。对三种系统集成方式进行模拟,根据模拟结果对系统不同性能指标进行了分析,选出了其中最优的集成方式。同时对该系统集成方式进行了技术经济分析,结果表明其太阳能发电部分的LEC成本为0.539元/k W·h,低于单纯的太阳能热发电成本,与风力发电和秸秆发电等可再生资源发电技术相当。     

新型无水箱相变蓄热式太阳能集热器及热性能研究

设计了一种新型无水箱相变蓄热式太阳能集热器,其主要由太阳能真空集热管、相变储热球、电加热棒和换热管道组成。实验以复合三水醋酸钠为相变材料,进行无水箱相变蓄热式太阳能集热器的热性能研究,结果表明:在总容积为34 L的集热管组中添加20%的相变储热球后,管内单位容积蓄热量增加,总蓄热量达8.2 MJ;放热过程高温段延长,放热量增加1.98 MJ,有效放热率为0.81;经夜间保温测试,集热管组温降率为1.4℃/h。