抛物面槽式太阳能集热器球形接头测试系统的研制与应用

球形接头是抛物面槽式太阳能集热器的关键部件,针对球形接头易发生运转卡涩和导热油泄漏问题,研制了一套球形接头性能测试系统。该测试系统可以实现球形接头在旋转、摆转或旋摆联动模式下,以及在导热油温度达393℃和压力达4.1 MPa工况条件下的加速寿命测试。以导热油为传热流体,开展了球形接头在导热油温度为393℃和压力为2.3 MPa工况条件,以及温度、压力变化条件下的性能测试研究,分析了球形接头在模拟12年寿命期的扭矩特性和密封性能,验证了该测试系统运行的稳定性和可靠性,并且关键技术参数的控制精度和测量精度满足使用要求,为球形接头的性能评价提供了技术支撑。

槽式太阳能集热管内导热油结焦产物特性分析

鉴于槽式太阳能集热管壁面堆积的结焦产物对集热管安全问题及其内导热油流动和换热的影响,分析了某槽式太阳能热发电系统运行3年后集热管结焦产物的表观形貌和产物特性.结果表明:结焦产物在金属内管周向呈现聚光侧较厚、坑洼状的粗糙表面和非聚光侧较薄的非均匀分布;结焦产物颗粒立体感明显,具有结焦团聚焦和分散焦2种形式;结焦产物堆积后真密度为1.2597 g/cm 3,通过DSC蓝宝石法测得比热容为0.83~2.11 J/(g·K);使用闪光法在400℃时测得有结焦产物的不锈钢金属内管样品导热系数为24.05 W/(m·K),比无结焦产物的不锈钢金属内管样品导热系数降低了21.7%,由此说明结焦产物显著影响金属内管的传热性能.

紧凑型槽式太阳能集热器与建筑用能匹配特性分析

我国建筑能耗占全国总能耗约40%,将太阳能与建筑相结合,可有效降低建筑能耗对化石能源的依赖,助力“双碳”目标实现。基于一种紧凑型热管真空管槽式集热器,设计了吸收式制冷空调系统,并与地源热泵集成,构建了多能互补耦合供能系统。首先,对比分析紧凑型热管真空管槽式集热器与普通真空管式集热器的集热性能;然后,以某600 m^(2)建筑物为供能对象,在TRNSYS软件中搭建太阳能空调系统,对该建筑进行供能;最后,搭建多能互补供能系统,提升整体供能效率。结果表明:该紧凑型热管真空管槽式集热器与普通真空管式集热器相比,集热温度提升25%,集热面积减少52.5%,集热量提升2.5倍。多能互补太阳能空调系统能极大改善太阳能系统与季节的匹配性,满足建筑物全年的供能需求及热水供应。该系统对太阳能与建筑一体化研究以及建筑供能研究有良好的参考价值。

基于约束最优模型预测抗干扰的槽式太阳能集热场出口温度控制方法研究

槽式太阳能集热场出口温度的控制对槽式太阳能发电系统的安全性和经济性至关重要。通常,集热场出口温度要求维持在设定值附近或跟踪设定值变化,但是集热场中存在的变量约束和多源扰动增加了该控制目标实现的难度。为此,该文提出一种约束最优模型预测抗干扰控制方法,首先通过模型转化将多源扰动重构为单一集总扰动并设计扩张状态观测器估计该集总扰动,进而提出一种稳态目标值动态优化方法以兼顾变量约束、抗干扰和设定值跟踪等多重控制性能,并提出一种带扰动补偿的最大受控容许集构造方法将无穷数量约束转换为有限数量约束,采用双模态控制策略求解等效二次规划型约束优化问题。最后,仿真结果表明,与对比控制方法相比,该方法虽然牺牲了一定运行速度,但能在控制作用及其增量满足约束进而保证系统安全性的前提下,以较小的超调量和动态偏差实现对复杂光照强度变动、集热场入口温度波动、导热油流量波动以及参数摄动等扰动的有效抑制和设定值跟踪的控制目标。该方法可用于解决包括槽式太阳能集热场在内的一类热工对象变量受限下的多源扰动抑制和设定值跟踪问题。

槽式太阳能集热管弯曲测量及溢出损失分析

槽式太阳能集热管的弯曲变形会造成聚光能量的溢出损失,需要进行测量和分析。提出基于无人机摄影的槽式太阳能集热管弯曲测量方法:采用无人机搭载高分辨可见光相机,实现对槽式太阳能集热管的图像采集;基于边缘检测算法对集热管图像进行处理,最终获得集热管的弯曲变形量。基于光线追迹理论建立槽式聚光器聚光过程数学模型,推导弯曲集热管的溢出损失计算公式。选取3种不同弯曲量的集热管进行测量实验,测得的最大弯曲量分别为1.23、7.75、18.79 mm,平均测量误差为±0.75 mm,计算对应的溢出损失分别为0.02%、0.57%、3.72%,结果表明:集热管弯曲量较大时,会造成较大的溢出损失。

天气对槽式太阳能集热系统热性能的影响

槽式太阳能集热系统可以提供100~300℃的中温热源,为研究天气状况对其热性能的影响,以集热面积为15.3m^(2)的槽式太阳能集热系统为例,研究了河南省焦作地区4种典型天气(晴天、阴天、雾霾、多云)下,天气、法向太阳直接辐照度、集热器入口流体温度对该集热系统集热效率和㶲效率的影响。研究结果表明:1)在4种典型天气下,晴天时,槽式太阳能集热系统的集热效率和㶲效率最高,分别为53.0%和50.7%;雾霾天气时槽式太阳能集热系统的集热效率和㶲效率最低。2)法向太阳直接辐照度和集热器入口流体温度对集热效率和㶲效率的影响规律相同。3)在10:00前集热效率和㶲效率都呈增长趋势,集热器入口流体温度在32.9~71.4℃时,槽式太阳能集热系统的集热效率和㶲效率均维持在40%以上。

微小型槽式太阳能集热器集热特性与应用研究

搭建了一种微小型槽式太阳能集热系统,并通过试验得出其运行的典型日结果,日照充足时,集热器的平均集热效率高达50.1%。将集热器规模化应用,与制冷机组一体化供能,微小型槽式太阳能集热系统布置于驾驶室顶棚,制冷机组布置于驾驶室后舱,集热面积为2 m2,制冷机组功率为0.2 kW,集热器可为制冷机组提供低温水。模拟得到制冷季能耗为93.7 kWh,比常规电空调节能15.9%;制热季能耗为133.6 kWh,比常规电空调节能10.0%,可满足某挖掘机驾驶室冷热需求。对耦合系统进行模糊评价,系统的评价因子为0.945,是最优的设计方案;系统的经济性得分为91.3分,属于较高等级,适合推广使用。

某小型槽式太阳能集热器的性能研究与市场应用

设计了一种集热器与聚光器采用分离式布置结构的小型槽式太阳能集热单元,其以齿轮、齿条机构驱动聚光器对太阳光线实现跟踪式聚光。利用实验平台验证了TRNSYS分析模型的正确性,并以南京地区某印染厂为例,进行了该集热器与建筑的一体化应用研究,可获得40%以上的太阳能保证率,实现了与普通建筑或厂房屋顶的有效结合,为工业生产提供中温热能。

槽式太阳能集热器集热性能分析

本文运用蒙特卡罗光线追踪法(MCRT)模拟了抛物槽式系统聚光特性,并与计算流体与传热有限容积方法(FVM)结合,进一步研究了吸热管内耦合传热过程。聚光特性分析中考察了光不平行夹角、几何聚光比和边界角对太阳热流密度分布的影响;耦合传热模拟中考虑了液体油热物性随温度的变化以及吸收管外管壁辐射换热。模拟计算表明:模拟计算结果与文献数据对比符合较好,验证了计算方法与模拟程序的正确性。光不平行夹角主要对热流密度圆周方向分布产生影响,使其分布平缓,对热流密度轴向分布影响不大;随着几何聚光比的增大,太阳热流衰减区的角度跨度增大;随着边界角的增大,热流密度圆周分布曲线向圆周角90°方向平移,同时热流密度极大值降低。在太阳直射强度大致相同情况下,入口流速与入口温度对接收管表面对流换热与最大温差影响很大;同时变物性对流体对流换热影响也较大。

小型槽式太阳能集热器优化设计与试验研究

按照高性能低成本的原则设计并制作了集热面积为12 m^2的商用小型槽式集热器。其主要创新优化之处包括：1通过免背板设计减少了槽式反射镜面结构的重量和用材,提高了镜面曲率精度;2通过推杆联动机构减少了驱动装置;3反射镜面板分离式结构起到了自清洁功能,减轻了清扫的工作强度;4将闭环反馈技术应用到太阳能跟踪控制系统,可实现四季全天候跟踪。现场试验结果表明：在太阳辐射强度为540～660 W/m^2时,该集热器可将循环水加热至170℃以上,系统整体集热效率最高可达0.52,但随水温的升高逐渐降低。

槽式太阳能集热器热效率的数值模拟研究

以槽式太阳能集热器为研究对象,其中吸收器选用腔体式,通过数值模拟和正交分析的方法,对影响槽式太阳能集热器热效率的主要因素进行分析研究。研究结果表明:6种因素对热效率的影响从大到小依次为:光线沿轴向入射角度、抛物面反射率、光线沿径向入射角度、直接太阳辐照度、吸收器吸收率、抛物面与吸收器距离。

一种新型多曲面复合槽式太阳能集热器的理论分析

提出一种新型槽式太阳能聚光集热器的设计思路,介绍了其工作原理和设计方法。对该集热器的集光比、跟踪精度、高宽比、材料使用量等各方面进行了详细的理论分析,对重要的设计参数进行了分析和优化,给出了大致的取值范围。该新型槽式聚光集热器能够利用多曲面组合实现对太阳光反射聚焦,并具有在反射面上不留阴影、改善高温太阳能接收器的工作性能和工作环境以及有利于提高反射面结构强度等优势。

流量对抛物面槽式太阳能集热器传热特性影响的实验分析

抛物面槽式太阳能集热器被广泛应用于中温太阳能工业热利用和高温太阳能热发电领域,然而太阳能间歇性的固有缺陷与供能系统期望的稳定连续运行相悖。通常通过调节流量使变太阳辐照条件下运行的槽式集热器提供相对稳定的有用能量输出,进而对其下游设备的稳定性起着关键作用。为了研究流量变化对集热器瞬态热行为的影响,通过人工调节造成流量的阶跃变化来开展实验,并且研究分析了在不同流量下的雷诺数、努塞尔数和传热流体对流换热系数。

直接蒸汽发电槽式太阳能集热器蒸汽温度自抗扰控制

直接蒸汽发电(DSG)槽式太阳能集热器蒸汽温度具有大滞后、非线性、动态特性随工况变化明显及无法精确建模等特点,常规的PID控制方案难以取得满意的控制效果。本文基于自抗扰控制思想,通过引入虚拟控制量,对DSG槽式太阳能集热器蒸汽温度去除纯滞后环节的剩余对象设计自抗扰控制器,获得与其相应的虚拟控制量。然后利用跟踪微分器由虚拟控制量推测得到实际控制量,从而控制减温水流量调节蒸汽温度。实验仿真结果表明,本文提出的自抗扰控制方案能够在不同蒸汽压力工况下,克服DSG槽式太阳能集热器蒸汽温度对象动态特性变化和大滞后,对蒸汽温度指令信号阶跃实现快速准确跟踪,全程无超调,调节品质明显优于传统PID控制方案。

基于能量和㶲的抛物线槽式太阳能集热器性能分析

基于热力学方程以及实际集热器参数,对抛物线槽式太阳能集热器建立了热模型并进行了热力学分析;然后,从热力学第一定律和第二定律的角度,分析和讨论了集热器的热效率及㶲效率的影响因素。分析表明:影响槽式集热器性能的主要因素有太阳辐射、换热工质温度和流量、真空条件以及环境条件(如风速)等;光学损失是最主要的能量损失,吸收管的吸热㶲损失是最主要的㶲损。

槽式太阳能集热器中萘热虹吸管启动特性的研究

对槽式太阳能集热器中萘热虹吸管的启动特性进行了理论分析,并对萘热虹吸管在不同受热方式、不同倾角和不同充液率下的启动特性进行了试验研究,同时对4°倾角、半周向受热方式下的启动特性进行了试验与理论计算的对比.结果表明:萘热虹吸管在较小工作倾角、半周向受热方式下能正常启动和稳定运行;受热方式对萘热虹吸管启动特性的影响不大;充液率对冷凝段开始启动的时间有一定的影响,充液率越小,开始启动所需的时间越短;冷凝段转折温度的试验值稍低于理论计算值,启动过程与理论分析过程基本一致.

槽式太阳能集热器立柱安装精度的研究

结合实际槽式太阳能集热器立柱安装工程,通过对工程中出现的安装误差问题进行分析,明确集热器立柱安装精度的控制要点,编制正确的安装工艺路线,实现立柱的高精度安装,从而保证槽式太阳能集热器的安装精度,为槽式太阳能集热器的高效运行奠定坚实基础。

槽式太阳能集热器聚光传热特性浅析

以槽式太阳能集热器为研究对象,基于槽式真空集热器光学理论,使用Sol Trace建立集热器模型,并运用射线追踪法进行了辐射计算及分析,获取了吸热管吸热面热流的分布特性。研究结果为进一步研究槽式真空吸热管传热特性提供了理论依据。

槽式太阳能集热管非均匀受热研究

针对槽式太阳能集热管的非均匀热流边界条件,使用计算流体动力学软件模拟管壁及管内流体的温度和速度分布,研究进口参数对流体对流换热系数和摩擦系数的影响。计算结果表明：非均匀热流边界条件会导致管壁和流体的温度在横截面分布不均匀,并且进口温度每增加10 K,表面换热系数约增加4.7%,平均摩擦系数约减少2.63%,进口流速每增加0.5 m/s,表面对流换热系数增加18%,而平均摩擦系数减少3.5%,设计中需结合实际工况对进口参数进行合理选择,以获得系统最佳的运行效率。

槽式太阳能集热场出口温度的双模态模型预测抗干扰控制研究

槽式太阳能集热场出口温度的控制因其受到干扰的影响并未很好解决。针对该问题,该文提出一种双模态模型预测抗干扰方法。包括:将槽式太阳能集热场中除可测干扰外的所有扰动当成集总干扰,然后提出一种改进的干扰观测器用来观测前述集总干扰,最后观测值作为前馈信号被补偿到基于双模态模型预测控制的反馈控制器中以消除扰动的影响,并给出闭环系统的稳定性分析。研究结果表明,在复杂扰动下,该文提出的双模态模型预测抗干扰控制方法仍能以较小的超调量和较短的调节时间实现集热场出口温度的无偏控制。