对热管式真空管太阳能集热器加装反射板提升集热效率的研究

作     者：李泽南 

作者单位：河北科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马坤茹;张春晖

授予年度：2021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：热管式真空管 太阳能集热器 反射板 集热效率 光学聚光比 光学效率 

摘      要：近年来,化石燃料的大量消耗导致地球环境遭到极大破坏。因此,加大对清洁能源的研究和利用已成为时代发展的新要求。作为典型清洁能源,太阳能以其独特而巨大的优势被广泛应用于人类的生产生活中。在生活中,最具代表的应用就是太阳能热水器,它可以节约能源、降低能耗。但太阳辐射具有分散性,针对这一问题本文对目前市场上广泛应用的热管式真空管太阳能热水器提出了一种对其加装反射板聚集太阳光的方法,使热水器周围未辐射到真空管上的太阳光通过反射板反射到真空管被吸收,从而增强对太阳能的利用,提高集热器的集热效率。通过分析,确定加装反射板的结构由左右侧抛物面反射板和下侧连续小抛物面反射板构成。首先设计出11组(A1-A11)左右侧反射板的模型参数,利用Pro E软件分别进行建模,再导入Trace Pro中进行光线追迹,生成真空管表面的辐照度分析图。模拟各组模型的平均能量密度值和总光通量,计算出各组模型的光学聚光比和光学效率,与未加反射板的原始模型A0综合对比得出A11模型为最优加装左右反射板参数。再将左右反射板A11模型固定到集热器两侧后,对下侧连续小抛物面反射板参数进行设计,共设计出12组(B1-B12)下侧连续小抛物面反射板的模型参数,建立模型进行光线追迹后,模拟出各组模型的平均能量密度值和总光通量,计算出各组模型的光学聚光比和光学效率,综合对比得出模型B10为最优加装反射板参数。对加装反射板后的热管式真空管太阳能集热器在石家庄地区全年气候条件下进行模拟分析,选取春分、夏至、秋分和冬至这四个典型日7:00-17:00共11个时刻进行分析。采用Hottle模型计算法计算各时刻的太阳辐射强度,利用Trace Pro分别进行模拟。通过模拟计算得出,集热效率随集热器表面接收的辐射强度的提升而增加,其中集热效率在10:00-14:00这一时段中的增幅最大,其增幅约在11%～21%范围内。四个典型日的集热效率提升分别为:10%、14%、13%、9%,综合提升11.5%。因此,对热管式真空管太阳能集热器加装反射板后,可有效提升其集热效率。且反射板结构简单、性价比高,对于热管式真空管太阳能集热器加装反射板的实际应用推广起到积极作用。