槽式太阳能腔体吸收器蒸汽发生系统特性研究

作     者：洪永瑞 

作者单位：云南师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李明

授予年度：2015年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：抛物槽式太阳能集热器 腔体吸收器 直接产生蒸汽 光学效率 集热效率 热损 

摘      要：抛物槽式太阳能集热器在中高温太阳能热利用中占据着主导地位。利用抛物槽式太阳能集热器替代传统能源产生中高温蒸汽以供工业和生活需求,是太阳能热应用的研究热点之一。传统的玻璃-金属集热管虽然效率高、热损小,但是其易碎、高价大大限制了抛物抛物槽式太阳能集热器的应用发展。故本文提出一种新的吸收器用于产生中高温蒸汽。设计并建设了V型腔体吸收器抛物槽式太阳能集热直接产生蒸汽系统。重点对聚光器的聚光特性,以及各种因素对其影响;针对腔体吸收器的内部流动、传热特性、外部集热、热损特征;蒸汽系统的集热效率,外界客观因素的影响展开了讨论与研究。具体研究内容如下:一、应用Origin软件、基本的几何光学原理以及线太阳模型分析了反射镜厚度对焦平面能流分布的影响,并与TracePro软件模拟的结果进行对比。计算和模拟结果显示玻璃厚度对太阳光线有着很大的偏转作用,导致焦平面的能流密度下降。提出冷弯成形的2mm厚半钢化玻璃反射镜,对其面形误差、安装误差进行模拟分析,得到其在焦平面的能流分布和光学效率。二、采用2mm厚冷弯成形玻璃反射镜,入射光源为日照模型,设入射光直辐照强度为850W/m2,腔体吸收器在焦距处的光学效率为80.2%,平均能流密度为13184W/m2,其倒V型接受面的能流分布呈M型,光线主要汇聚在吸收器接受面的两侧下方,能流密度峰值达到25000W/m2,中间的能流密度极小,最小值为1000W/m2。随着偏焦量的负向增加,接受面的光学效率和能流密度逐渐增加,偏焦量为-6mm时有最大,光学效率为81.15%,平均能流密度为13388W/m2;偏焦量正向增加时光学效率急剧下降。吸收器左右偏离焦线超过1°将造成严重的漏光现象。太阳光入射角、余弦损失、末端损失受季节变化影响显著。三、对腔体吸收器管道内的单相和两相流流动和传热进行理论分析,建立了腔体吸收器的热平衡模型、热阻网路、热损模型,得到不同倾角下的努赛尔数经验求解公式,以及不同工作温度下腔体的热损失量。四、建立V型腔体吸收器抛物槽式太阳能集热器直接产生蒸汽系统,进行实验研究,季节变化、辐照度变化、风速变化、镜面清洁度等各种客观因素对系统性能的影响。研究表明:4月份有最佳效率,12月份效率最低;直辐照度低于450W/m2,无法产生蒸汽,850W/m2时有最高效率。腔体吸收器的实际热损大于理论值,保温层的保温效果直接制约着腔体的热损的大小。与真空管相较,腔体吸收器的效率整体要低4%左右。