槽式聚焦太阳能集热器及其应用研究

【摘要】： 槽式聚焦太阳能集热器作为中高温集热器的一种,能够获得较高的集热温度,可用于发电、制冷空调、采暖、海水淡化等生产和生活领域。传统槽式太阳能集热装置吸收器采用真空玻璃管结构,即内管采用金属管,管内走加热介质,金属管外涂覆选择性吸收涂层,再外面为玻璃管,玻璃管与金属管间抽真空以抑制对流和传导热损失。由于玻璃和金属封接膨胀系数不同,这种结构的吸收器目前成本高,使用寿命较短,可靠性受到影响。本文提出一种腔体吸收器结构,不采用玻璃真空管结构,而通过辐射腔体换热原理抑制吸收器辐射和对流损失,实现了较好效果。 论文对可利用于槽式聚焦型太阳能集热器的4种腔体式吸收器做了较详细的分析,这四种腔体结构分别为:三角形,正方形,圆形和半圆形。开展了包括基于FLUENT的热性能和基于TracePro的光学性能建模和分析。热性能分析包括不同吸热面温度(90℃和150℃)、倾斜角α以及不同形状玻璃盖层对热损失的影响.搭建了以菲涅尔透镜为聚光器的光学效率测试和最佳开口宽度测试实验装置。研究发现,三角形腔体具有最佳的光学效率.此外各腔体的热损失测试发现三角形腔体的热性能最好。当α=180,Ti=90℃(进口温度),且聚光开口宽度为3m时,三角形腔体集热效率可以达到65.8%。对腔体吸收器不同盖板类型进行了分析,从基于半圆式腔体的盖层热效率测试实验结果看,圆形盖层(YG)的热损失系数最小(相比于平板形PB,V形玻璃盖层),其值为1.3635W/m2.K。最后建立了一种基于槽式聚焦型太阳能集热器的地热与太阳能联合发电系统,分析了系统各因子对发电效率和发电量输出的影响。研究表明,当集热面积为1000 m2的系统应用于西藏拉萨地区时,输出电功率最大可达310 kW,与常规地热电站相比,输出发电功率可提高约10%。 【关键词】：腔体吸收器 光学性能 热性能 地热发电 输出电功率 发电效率
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK513.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 研究的现状及存在的问题13-17
• 1.3 本文主要内容17-19
• 第二章 槽式聚焦型太阳能集热器中腔体吸收器的热性能和光学性能19-44
• 2.1 不同结构腔体式吸收器热性能分析19-32
• 2.1.1 FLUENT 数学计算模型20-23
• 2.1.2 FLUENT 求解方法23-26
• 2.1.3 FLUENT 求解器选择和边界条件设定26-27
• 2.1.4 收敛原则27
• 2.1.5 计算结果后处理分析27-32
• 2.2 不同玻璃盖层对腔体吸收器热性能影响32-36
• 2.2.1 热损失系数U 的推导32-34
• 2.2.2 计算与分析34-36
• 2.3 四种不同结构腔体式吸收器光学性能分析36-43
• 2.3.1 TracePro 简介36
• 2.3.2 Monte Carlo 光线追迹法原理36-37
• 2.3.3 四种腔体吸收器光学系统计算模型37-38
• 2.3.4 结果分析38-43
• 2.4 小结43-44
• 第三章 腔体吸收器光学性能和热性能实验44-68
• 3.1 腔体最佳开口宽度的确定44-46
• 3.2 腔体式吸收器光学效率实验46-50
• 3.2.1 太阳电池光电转换测量光学效率基本原理46-50
• 3.3 腔体式吸收器热性能50-66
• 3.3.1 热损失测试实验与结果分析50-56
• 3.3.2 太阳能热效率测试实验与结果分析56-61
• 3.3.3 不同形状盖层对腔体式吸收器热性能影响61-66
• 3.4 小结66-68
• 第四章 地热太阳能联合发电系统68-83
• 4.1 地热发电原理68-70
• 4.2 地热＋太阳能联合发电系统构成和原理70-72
• 4.3 地热+太阳能联合发电系统构成和原理72-75
• 4.3.1 系统部件性能72
• 4.3.2 集热器72-73
• 4.3.3 汽轮机73-74
• 4.3.4 换热器74-75
• 4.3.5 系统总体性能评价指标75
• 4.4 计算结果与讨论75-79
• 4.4.1 工质选择75-76
• 4.4.2 系统参数变化对输出电量的影响76-79
• 4.5 应用于西藏地区可行性分析79-82
• 4.6 小结82-83
• 第五章 结论与展望83-85
• 5.1 总结83-84
• 5.2 工作展望84-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 攻读学位期间发表的学术论文目录90

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