抛物槽式真空管太阳能集热器强化相变蓄热的模拟研究

为了提高抛物槽式真空管太阳能集热器相变材料导热性能,设计了一种相变材料埋置金属泡沫与半圆管型强化换热结构相结合的真空管太阳能集热器,利用FLUENT软件对其蓄热过程中的传热进行了数值模拟,分析了热流密度分布非均匀的情况下在相变材料中集成翅片和金属泡沫对相变材料液态分数的影响.

抛物槽式集热器太阳入射角的计算

针对抛物槽式集热器布置和跟踪方式容易混淆及太阳入射角计算公式不统一的问题进行研究,通过明确定义集热器的跟踪方式,采用理论推导和数值模拟相结合的方法,检验相关文献中集热器太阳入射角计算公式的可靠性,计算不同跟踪方式下北纬40°集热器两至日的太阳入射角。分析结果表明,除跟踪方式归类不同外,相关文献中有关抛物槽式集热器太阳入射角的计算公式基本可靠。集热器的跟踪方式不同,太阳入射角的变化规律也不同,即集热器所获得太阳直射辐射能也不同。由此,可根据集热用途来确定集热器的布置跟踪方式。

抛物槽式光伏聚光器光学特性分析及优化方法研究

根据光学特性,建立抛物槽式聚光器的光学模型,分析焦距、几何聚光比、开口宽度和跟踪误差等参数对聚光特性的影响规律。在此基础上,建立光学特性优化数学模型并将粒子群优化算法和蒙特卡洛法相结合,提出给定几何聚光比和跟踪误差情形下的光学参数的优化设计方法。计算结果表明,当抛物槽边缘半角为45°时,光斑偏移量最小。

水平布置方式下抛物槽式集热器辐照量分析

采用适用于中等纬度的Hottel晴天太阳辐射模型,对地处北纬41.34°,水平布置方式下的抛物槽式集热器夏季和冬季的辐照量进行了计算。计算结果表明：水平南北布置的抛物槽式集热器在夏季接收的太阳辐射较多,月辐照量可达1 GJ/m2,而冬季接收的太阳辐射较少,月辐照量为0.3～0.45 GJ/m2,且冬至日辐照量仅为夏至日辐照量的1/4左右;水平东西布置的抛物槽式集热器夏季月辐照量在0.75 GJ/m2左右,而冬季月辐照量为0.5 GJ/m2左右,冬至日辐照量可达夏至日辐照量的1/2以上。由此可见,在北纬41.34°地区应用抛物槽式集热器时,如考虑在夏季使用,应采用水平南北布置方式;若考虑在冬季使用,则应采用水平东西布置方式。

抛物槽式集热器热效率研究

介绍槽式集热器的结构及其工作过程,对集热器进行热性能分析,研究已有集热器热力学模型,并对其进行优化,利用该模型计算各个部位的热损失大小以及集热器热效率,分析得出影响集热器热效率的主要因素,定量分析这些因素对集热器效率的影响趋势,并解释其原因。

基于数值仿真的抛物槽式太阳能集热器研究进展

介绍了抛物槽式太阳能集热器的数值仿真研究进展,特别是对集热管内流场与聚光器外流场所涉及的数值仿真研究进行了综述。在集热管内流场研究中,传热介质类型、聚光特性对集热性能与热应力分布影响显著,尤其在水/蒸汽介质集热回路中,特有的气–液两相流叠加管外非均匀热流密度分布有可能导致严重的集热管热应力弯曲变形问题。在聚光器外流场研究中,由于实际风速较大,超薄镜片的结构强度较低,聚光器承受风载变形,致使光学效率损失,甚至会导致抛物槽式集热器结构失效,直接影响整个集热镜场正常工作。

风载荷对抛物槽式聚光器聚光性能的影响研究

基于COMSOL软件对抛物槽式聚光器在自然风作用下导致的变形及其导致的聚光损失进行研究。通过不同风速、加速度、聚光器姿态条件下的射线光学-流体力学-固体力学多物理场耦合非稳态数值模拟,得到以下主要结论:1)聚光器最大水平变形随风速增大呈指数规律增大。当极限风速为14 m/s时,聚光器达到最大水平变形为5.52 mm,聚光损失为23.34%。2)在有加速度的自然风条件下,聚光器最大水平变形与聚光损失均相对于稳定风速条件下显著增大,当加速度分别为0和10 m/s^(2)时,聚光器最大水平变形与聚光损失分别为2.85和5.34 mm、10.02%和20.17%。3)对于不同聚光器姿态,当方位角θ=0°时,聚光器最大水平变形与聚光损失均达到最大值,分别为26.96 mm与47.41%。

基于三角腔体吸收器的抛物槽式系统聚光特性分析

抛物槽式系统中汇聚光线在腔体吸收器内的反射次数对黑腔性能有重要影响,为最大限度提升三角腔体吸收器的采光能力,建立与抛物镜面之间的光路方程,分析腔内二次反射临界条件下对应于不同开口角度的最优镜面设计参数。提出有效孔径比率用于衡量反射镜与腔体的匹配性,并针对实验用的聚光系统分别进行计算,结果表明:腔体开口角度为60°时,焦距为1150 mm、孔径为2220 mm的反射镜面有效孔径比率为0.95,而焦距为1000 mm、孔径为3000 mm的反射镜面有效孔径比率仅为0.61。基于Trace Pro模拟分析验证了有效孔径比率可用于衡量腔体安装位置对光学效率的影响程度,在槽式系统设计及优化过程中应给予重视。

抛物槽式集热器双轴跟踪方式性能研究

针对抛物槽式集热器双轴跟踪方式进行了性能影响分析与几何受限条件下不同跟踪方式对比,开发了基于Matlab的抛物槽式集热器逐时集热量模拟程序并对程序进行了验证。研究结果表明:随着海拔的升高,单位面积全年累积接收太阳辐射总量先上升后缓慢下降,随着纬度的升高,单位面积接收太阳辐射量在一年内中分布不均匀性增强;在几何受限条件下,对于单轴跟踪,当边长比大于1时,南北布置相比东西布置全年累积接收太阳辐射总量Q更高,而边长比小于1时,东西布置比南北布置单轴的Q更高;随着单轴跟踪排数的增加,Q逐渐增加且一般高于双轴跟踪;在选定地理条件下,全年减排量与Q成正比;双轴跟踪方式下年平均单位接收太阳辐射量所需费用最低,南北方向布置比东西方向布置所需费用更低。

抛物槽式太阳能集热器光热耦合特性数值模拟仿真与分析

抛物槽式太阳能聚光集热作为重要的绿色节能技术,已广泛应用于热力发电和工业生产等领域,能够有效降低化石燃料消耗和CO_(2)排放。然而复杂的光热耦合运行特性直接影响太阳能集热器的能量传递过程,对此,建立了基于导热油传热工质的抛物槽式太阳能聚光集热数值分析模型,以研究太阳能辐照强度和集热器倾角跟踪调节等多因素对集热利用效率和光热耦合特性的影响,分析得到集热管内工质流场和温度场的分布特性,将为优化抛物槽式太阳能集热器运行调控和开展太阳能热利用等相关理论教学及实践创新提供指导。

抛物槽式聚光太阳能集热回路动态特性研究

太阳辐射存在间歇性和不稳定性,其动态不稳定性影响抛物槽式太阳能集热器集热参数的稳定输出,因此,针对抛物槽式太阳能集热器开展聚光集热过程动态特性研究极为重要。基于MATLAB/Simulink软件内的Simscape环境,构建了抛物槽式太阳能聚光集热一维回路的动态仿真模型。基于所验证的动态仿真模型,获得了工质流量及太阳直射辐射2个关键参数对槽式回路出口温度的影响规律。根据所获规律,基于比例积分控制,构建了槽式一维回路的动态调控策略,结果表明:该控制策略可在太阳直射辐射跃升时使系统聚光集热温度在2500 s内达到设定温度395℃;而在太阳直射辐射下降时将输出温度波动维持在±2℃以内。基于所构建的系统动态控制策略进行了系统典型日变工况运行,结果表明:系统可在变工况条件下维持聚光集热温度稳定,聚光集热效率接近理想值,达到控制目的。研究为抛物槽式太阳能聚光集热回路动态仿真模型构建提供了新方法,所得结果可为槽式聚光集热动态运行提供借鉴。

抛物槽式太阳能集热器的替代设计

本文主要论述了抛物槽式太阳能集热器的替代设计方法以及思路。同时还论述了相关的自动跟踪控制系统的组成。并且还通过对相关的单片机的自动跟踪系统,就如何保证跟踪精度,并且还验证了相关设计的可行性。最终实现了相关软件和硬件的联调仿真。希望本文的相关论述可以为抛物槽式太阳能集热器的替代设计提供一定的理论帮助。

基于吸热管反射成像法测量抛物槽式太阳能聚光器的面形误差

为提高抛物槽式太阳能聚光器的聚光效率,需要对聚光器的整体面形进行检测和调整。提出采用吸热管反射成像法检测槽式聚光器各子镜的安装位置及倾斜角度,进而获得聚光器的整体面形信息。通过测量相机与被测聚光器的相对位置,可计算吸热管在待检测子镜中的成像位置及形状,并推导了吸热管在聚光器中的理论成像位置计算公式。进行了吸热管反射成像法检测槽式聚光器面形的实验。通过调整聚光器子镜的安装位置和倾斜角度,使吸热管在子镜中的实际成像位置与理论位置重合,验证了检测方法的正确性和可行性。

抛物槽式太阳能蒸汽发生系统研究

针对600m^2抛物槽式太阳能试验台,建立了太阳能蒸汽发生系统的数学模型,开展了模拟研究,并验证了集热场模型的正确性。研究了太阳直射辐射、入射角等因素对系统性能的影响,分析了系统动态特性,利用图像分析(EUD)方法分析了系统的能量转化过程。结果表明,系统集热效率在高温段下降程度加剧;集热效率随太阳入射角的增大而越小,入射角由0°变化到40°时,集热效率下降约30%,系统性能提升空间主要在降低光学损失和改善光热转化过程。研究结果将为抛物槽式太阳能集热技术和蒸汽发生系统的设计提供依据。

抛物槽式太阳能集热器集热实验及模拟研究

本文采用真空集热管在抛物槽式太阳能平台上进行了实验研究,传热工质为YD300型合成导热油。实验测定了该集热管的散热损失,并数值模拟了吸热管表面的能流密度分布。以此为边界条件研究了该集热管的换热性能。结果表明,循环工质温度和环境温度之差为180℃时,散热损失为220 W/m;该集热器吸热管表面圆周方向能流分布集中,流量对温度分布影响较大,当太阳直射辐照为1000 W/m^2,导热油温度为200℃,流量为0.5 kg/s时,吸热管圆周方向最大温差50℃左右,当流量增加到2.0 kg/s时,最大温差减小到20℃左右。

抛物槽式太阳能集热器内合成油基纳米流体传热特性的数值模拟

对Al_(2)O_(3)-合成油纳米流体在槽式太阳能集热管内的传热特性进行流体动力学数值模拟,重点考察纳米流体导热系数模型的影响。通过与管内Nusselt数半经验模型的预测结果对比,表明使用考虑布朗运动的纳米流体导热系数模型可较好地预测集热管内传热特性。研究表明纳米颗粒与流体基液的相对运动具有促进集热管内传热的作用。最后,定量研究纳米颗粒添加量对提高基础流体平均传热系数的影响,显示纳米流体在太阳能集热器中具有巨大应用潜力。

槽式太阳能集热器单轴太阳跟踪系统的设计

针对抛物槽式太阳能集热器集热在夏天用来做制冷空调,提出了基于南北水平式的太阳自动跟踪系统的设计方案,对该跟踪系统的机械传动系统进行了设计计算及选型,其中自动/手动跟踪太阳高度角和太阳方位角采用蜗杆传动箱方案,而手动转动手轮方案保证太阳入射光线和主光轴方向一致;对该跟踪系统的控制系统进行了控制系统的方案设计,硬件选型及程序编制。实验测试表明,该太阳自动跟踪系统跟踪角的跟踪精度高,抛物槽的聚光比高,集热性能好。

槽式太阳集热器焦线能流分布的计算

根据槽式聚光器的几何光学特性,提出采用Origin软件计算槽式太阳能聚光器焦面能流密度分布的一种新方法。以抛物槽式聚光器的平面焦线为例详细介绍该计算方法的步骤,并将计算结果与实测结果进行对比,两者吻合较好,证明该计算方法的可行性和正确性。该计算方法函数关系较为简单明确,无需编程,计算量少,计算速度快,且适用于任意面型的槽式聚光器和线性接收器,可为槽式太阳能聚光系统的优化设计提供参考。

槽式聚光集热驱动吸收式空调系统研究

以太阳能单效吸收式空调系统为研究对象,选用太阳能槽式聚光集热器与溴化锂单效吸收式制冷机对100m2会议室进行夏季制冷、冬季制热、春秋季提供必要的生活热水性能分析.结合昆明当地气候条件和该会议室结构、朝向等因素对所选会议室进行全年能耗分析,结果为夏季冷负荷75W/m2、冬季热负荷50W/m2.根据理论分析结果以及经济实用性确定选用60m2抛物槽式聚光集热反射镜、23kW溴化锂吸收式制冷机、15kW风机盘管作为系统参数,为槽式聚光集热与吸收式制冷机组相结合的系统性能研究提供理论依据.

基于场论的槽式太阳能集热管热流密度模拟

文章运用场论的方法并结合COMSOL软件模拟了槽式太阳能集热管的聚光特性,结合受照面理论,简化了光线从光源传播到聚光器的过程,极大地节省了计算资源。同时将模拟结果与Jeter的模拟结果以及蒙特卡洛光线追踪法的模拟结果进行了对比分析。分析结果表明,使用场论方法的模拟结果优于蒙特卡洛光线追踪法的模拟结果,使用场论方法的模拟结果与Jeter的模拟结果更为接近。文章还对LS-3型槽式太阳能集热管在不同边界角θrim下的聚光特性进行了模拟与分析。模拟与分析的结果表明,边界角θ_(rim)越大,LS-3型集热管外热流密度分布越均匀,该集热管外热流密度峰值越小。