蛇形复合抛物面太阳能集热器的性能研究

发布时间：2020-07-10 02:15

【摘要】：太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源,有着广泛的应用前景。太阳能集热器作为太阳能热利用系统的关键部件,其性能直接影响收集到的太阳能的质量。本文对目前的能源现状作了简要概括,并对集热器的发展趋势进行了分析,在此基础上提出了本文的研究课题,并在本课题组提出的蛇形复合抛物面(Serpentine Compound Parabolic Concentrator,简称SCPC)集热器的基础上,对其结构进行改进。蛇形复合抛物面集热器最大的特点是它是结合普通复合抛物面聚光(Compound Parabolic Concentrator,简称CPC)集热器和平板式集热器的优点设计而成。与CPC集热器相比,蛇形复合抛物面集热器的特别之处在于接收器按照蛇形布置,集热器组成模块式结构。本文首先分析了蛇形复合抛物面集热器的工作原理,给出了集热器的参数方程,对集热器的结构进行了设计。构建了集热器对太阳辐射的吸收模型以及传热模型,使用Matlab软件对模型进行求解,对其性能及传热规律进行了理论分析。其次,设计了蛇形复合抛物面集热器的实验样机,搭建了实验系统,依据国家有关集热器测试规范设计了实验内容,进行了实验测试,验证了数学模型的准确性与可靠性;实验结果表明蛇形复合抛物面集热器具有较高的集热效率。同时进行了瞬时效率实验,将实验数据用最小二乘法拟合得到瞬时效率的拟合曲线,得出该集热器的热损系数。在此基础上,本文对蛇形复合抛物面集热器进行了数值模拟计算,研究了接收器管长、管径、复合抛物槽开口宽度等参数对蛇形复合抛物面太阳能集热器集热性能的影响,为蛇形复合抛物面太阳能集热器的优化设计、参数匹配等方面提供技术储备和理论支持。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK513
【图文】：

平板型,集热器

（1）非聚焦型集热器①常用平板集热器如图1-1所示为平板型集热器结构示意图。它主要由吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等部件组成[5]。其中吸热体是吸收太阳能并向传热工质传递热量的部件。透明玻璃盖板可以透过可见光而不透过远红外线，从而减少散热量，提高吸热体的温度。隔热层可以起到减少集热器向周围环境散热，提高集热器热效率的作用。外壳起到支撑和保护的作用。平板型集热器是太阳能低温热利用的基本部件，也是世界太阳能市场的主导产品。它结构和工艺都比较简单，同时，成本较低，使用寿命长，但其集热效率较低，易产生倒流，抗冻性能差。它广泛应用于生活用水加热、游泳池加热、工业用水加热、建筑物采暖和空调等诸多领域。我国于1986年开始引进国外先进平板集热器生产线，现已在此项技术上跨入了一个新阶段。为了提高平板型太阳能集热器的性能，需要从各部件和整体性能入手，使平板型太阳能集热器持续稳定发展。图1-1平板型集热器构造示意图

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真空管热管由内外两层玻璃管构成，内管外表面具有高吸收率和低发射率的选择性吸收膜，夹层之间抽成真空，其形状如常用的杜瓦瓶，国外也有将全玻璃真空管集热器称为“杜瓦管”（Dewar tube），如图1-2所示。它采用单端开口，将内、外管口予以环形熔封，另一端是密闭半球形圆头，由弹簧卡支撑内外管，而且可以自由伸缩，以缓冲内管热胀冷缩引起的应力。弹簧卡上装有消气剂，当它蒸散后能吸收运行时产生的气体，保持管内的真空度。真空集热器内装有吸气剂[6，7]。该集热器优点很多，它结构比较简单，集热效率较高，保温性能好；在寒冷地区的冬季，也能应用该集热器。与此同时，它也有一定的缺点，例如热水利用率较低

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[8]。图1-3 不同形式聚焦型集热器示意图和平板型集热器相比，聚焦型太阳能集热器更容易提高集热器内流动工质的温度，其原因分析如下：对于给定的总能量，聚焦型集热器表面能流密度增大，也就意味着吸收表面面积相应减少，在一定程度上大大减少了热损失，从而集热效率得到提高。这就为太阳能的热利用提供了更为有利的条件。但是，目前聚焦型太阳能集热器也有其不足之处：它不能收集太阳总辐射中的漫射辐射，漫射辐射占太阳总辐射的20%~40%，而且该类型的集热器大多数都需要有复杂的跟踪系统。即使对于不需要跟踪装置的小聚光比的系统，也存在着制造过程较为复杂、费用较高的问题。大多数的聚焦型太阳能集热器都属于高温集热器

【参考文献】