太阳能斯特林混凝土储热系统传热特性研究

设计碟式太阳能斯特林机混凝土储热系统,并对熔融盐及混凝土传热过程进行理论分析,对混凝土储释热过程进行模拟,运用多目标遗传算法进行优化,得到以下结论:在释热过程,选取290℃为流体出口的有效温度临界值,有效释热时间约2.1 h时,流体出口温度约为563 K,释热效率约为71%;高温混凝土和熔融盐沿着流程方向均存在一个温跃层区域,随着时间的延长,温跃层沿着流程方向逐渐向下游偏移,当温跃层移动到出口处时,熔融盐出口温度开始下降,温跃层占据的长度越小,储热系统效率越高;随着导热系数的增加,释热效率及有效释热时间提高。通过TOPSIS对解集进行重新排序分析,最优工况是蓄热量为2885 MJ、换热系数为672 W/(m·K)及储热效率为87%。

基于凹面透镜优化的太阳能碟式/腔体接收器系统聚焦能流均匀化研究

利用光学凹型透镜中功能曲面对太阳光线传输的重新分配能力,提出在腔体接收器前端安装凹型石英窗(凹透镜)以改善能流均匀性。为此,采用一种联合光线跟踪方法和遗传算法的优化设计方法优化凹透镜的几何尺寸和安装位置,改善碟式系统的能流均匀性。对于4种典型的二次曲面和三种曲面布置方式组合的12种凹透镜,详细分析凹透镜改善碟式系统能流均匀性的有益效果和特点,并验证所提方法的有效性。结果表明,在碟式系统中增加优化的凹透镜不仅能够显著改善腔体接收器的能流均匀性以及降低局部能流的峰值,还能够获得优异的光学效率和直接有用能率,优化的双圆锥透镜可将非均匀因子从0.59显著减小到0.11。

基于光学性能分析的太阳能腔式吸热器石英窗设计

研究用于圆柱、球形腔式吸热器的双凹、上凹、下凹、双凸、上凸和下凸6种不同结构的正弦形石英窗,以确定最佳的设计方案,最大限度改善吸热器的光学性能。基于蒙特卡洛光线追迹法研究表明:对于圆柱形腔式吸热器,双凹形石英窗是最优的设计方案,对比常规平面石英窗,光学效率基本不变,此时圆柱形吸热器峰值聚光比由1050.0下降到715.9,非均匀系数由0.60下降到0.30;对于球形吸热器,从局部聚光比峰值来评价,下凹形石英窗是最优的设计方案,此时球形吸热器峰值聚光比由1010.0下降到797.4,非均匀系数由0.67下降到0.40;从非均匀系数分布来评价,双凹形石英窗是最优的设计方案,此时球形吸热器峰值聚光比由1010.0下降到857.7,非均匀系数由0.67下降到0.38。

管式甲烷重整储能器的启动性能分析

本文建立基于碟式太阳能系统的管式甲烷重整储能器的三维非稳态模型,并研究系统的启动性能。在启动阶段,沿反应器径向方向,随时间推移,热量逐渐从反应器受热面向散热面传递;反应器中轴线处催化剂温度在约x=330 mm处达到最大值。主反应的反应速率峰值随反应的进行向前推移,并最终稳定在x=220 mm的位置。反应的显热储效率能早于化学储能开始上升,趋于稳定后系统的化学储能效率远高于显热储能效率。反应器后端由于热流和温度低存在明显的逆反应,随着启动过程逆反应的区域和速度降低,导致整个热化学反应速度提高。