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基于半球型接收器的系统集热效率及温差发电特性研究

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基于半球型接收器的系统集热效率及温差发电特性研究

作者：刘庆天津大学

学位级别：硕士

由于能源短缺和环境污染，太阳能光热系统逐渐受到人们的重视，本文对光热系统中的接收器做了理论和实验研究，主要工作如下。首先，利用Fluent软件对接收器的对流换热损失做了详细研究，得到了对流换热损失与接收器倾角的关系，研究... 详细信息

由于能源短缺和环境污染，太阳能光热系统逐渐受到人们的重视，本文对光热系统中的接收器做了理论和实验研究，主要工作如下。首先，利用Fluent软件对接收器的对流换热损失做了详细研究，得到了对流换热损失与接收器倾角的关系，研究结果显示：（1）接收器内空气在流动过程中形成了滞止区域，区域的分界为通过接收器开口上端的水平面，分界处的温度梯度较大。（2）接收器的对流损失随其倾角的增大而减小，倾角30度至60度间对流损失下降较0至30度和60度至90度两区段快，倾角为90度时计算所得对流损失接近0。（3）辐射和导热对接收器内部空气的流动和温度分布情况几乎没有影响。其次，在利用TRACEPRO软件获得光学模型的基础上，结合传热学原理提出了新的接收器理论模型，并在碟式聚光系统（以导热油为传热介质）上做了户外实验验证，发现新模型的精度满足工程要求，且运算速度较快。然后，利用新理论模型对影响集热效率的因素进行分析，得出以下结论：（1）进口温度降低时，流量有下限，以避免出现层流。（2）进入集热器的辐射强度过高会使集热效率下降，故集热系统的聚焦比也不宜过大。（3）流量升高对效率影响很小，且造成集热温度降低。当辐射低而进口温度高时降低流量反而会使效率和出口温度均升高。再次，针对一套以导热油（SYLTHERM800）为传热介质的碟式太阳能集热系统进行了变工况实验。该系统由聚光镜，半球型接收器及循环系统构成。实验过程中可调参数为导热油质量流量（变化范围0.03-0.06kg/s）和接收器入口油温（变化范围110-190℃），而太阳直射辐射在400-900W/m2范围内变化。结果显示：（1）集热效率明显随定性温差（接收器进出口温度的平均值与环境温度的差值）的增大而下降，实验中变化为5-7%。（2）在实验工况下，质量流量从0.03kg/s增大到0.06kg/s，集热效率从45%增大到75%，并且变化率呈逐渐上升趋势。（3）集热效率随直辐射强度的增大而增大。最后，结合半导体温差发电片对系统的整体性能做了实验研究，得到以下结论：（1）加入温差发电片后系统集热效率仍随进口温度的上升而下降，只是效率整体偏低，温差发电片的电压随进口温度的上升成线性增长的趋势。（2）温差发电片的电压随直辐射强度的增大变化不明显。（3）水流量下降时，温差发电片的电压变化不大。

关键词：碟式系统半球型接收器集热效率对流损失温差发电片

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

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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：李泽南河北科技大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

太阳能真空管热水器加装反射板提升集热效率的研究

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太阳能真空管热水器加装反射板提升集热效率的研究

作者：郭建宏河北科技大学

学位级别：硕士

化石能源的有限性与全球能源消耗快速增长之间的矛盾日渐尖锐,能源问题已经成为新世纪人类急需解决的主要问题之一。太阳能作为一种安全、清洁并且可以持续利用的资源受到了人们的关注,我国太阳能资源非常丰富,太阳能光热利用在生产生... 详细信息

化石能源的有限性与全球能源消耗快速增长之间的矛盾日渐尖锐,能源问题已经成为新世纪人类急需解决的主要问题之一。太阳能作为一种安全、清洁并且可以持续利用的资源受到了人们的关注,我国太阳能资源非常丰富,太阳能光热利用在生产生活中得到了广泛应用,利用太阳能热水器可以有效地降低制取生活热水的能耗,但在太阳辐射强度较低时存在热效率低下的问题。基于此背景,提出一个为太阳能真空管热水器加装反射板以提高集热效率的设计思路,通过抛物面聚光器的反射聚光作用将周围空间中的太阳光线和穿过真空管间隙的太阳光线聚集到真空集热管上以增加其接收到的太阳辐射强度。对反射板模型进行设计建模及光学性能模拟分析以确定反射板结构参数,并对真空集热管加装反射板后的性能进行分析研究。本文介绍了真空集热管的各部分结构组成及其工作过程,建立集热管的传热数学模型,分析在传热过程中各部分结构的热阻及真空集热管的各项散热损失。利用前人收集的试验数据进行理论计算,验证数学模型的有效性并分析影响集热管热效率的各项因素,例如导热流体的入口温度,太阳辐射强度,导热流体流量,真空集热管周围环境的温度等。使用Pro E软件建立多组反射板模型,控制光源辐射强度为800W/m,利用Trace Pro软件对其进行光学仿真模拟分析,确定反射板的设计参数。建立真空集热管加装反射板的三维模型,并将未加装反射板的真空集热管作为对照模型,然后将理论计算得出的石家庄地区的太阳辐射强度数据导入Trace Pro软件中,对加装反射板模型和对照模型进行模拟分析,得出加装反射板可以增强真空管接收到的太阳辐射能量,提升约11%的集热效率,即使在冬季太阳辐射强度较低时也能达到其它季节未加装反射板所达到的水平。本文通过建立真空集热管的传热数学模型,分析影响集热效率的因素,增强真空集热管接收到的太阳辐射强度可有效提高其热效率。先后共设计33组模型运用Trace Pro软件进行光学性能模拟分析,确定了最终反射板的设计参数,再次根据各时刻太阳辐射强度数据进行模拟,分析加装反射板对热效率的提升效果及其可行性。且设计的反射板的结构简单,制作简便,期望可以在生活中得到应用为生活带来一定的便利。

关键词：太阳能真空管热水器反射板 TracePro 传热数学模型集热效率

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提高平板集热器集热效率的合理措施

太阳能学报 1981年第1期 33-38页

作者：李元哲清华大学

从提高技术经济效果出发,本文讨论了中、低温集热器板—罩间热损失的组成。分析表明,首先着眼于采用选择性涂层以减少辐射热损失是合理的;当板的选择吸收比大于一定数值后,应当同时重视减少对流热损失;对于板温小于85℃的集热器,选择吸... 详细信息

从提高技术经济效果出发,本文讨论了中、低温集热器板—罩间热损失的组成。分析表明,首先着眼于采用选择性涂层以减少辐射热损失是合理的;当板的选择吸收比大于一定数值后,应当同时重视减少对流热损失;对于板温小于85℃的集热器,选择吸收比的合理值不大于10。

关键词：平板集热器辐射热损失选择性吸收涂层集热效率集热器板平板式集热器

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两种集中式太阳能集热器集热效率对比研究

建筑节能 2019年第5期47卷 45-50页

作者：周志华刘俊伟黄欣天津大学环境科学与工程学院天津300072 天津富力城房地产开发有限公司天津300203

针对真空管式和平板式两种使用最多的太阳能集热器开展研究,选取两种系统对其效果进行实测,并对TRNSYS模拟软件的模拟结果进行验证,然后对两种集热系统在不同太阳能辐射区间进行典型日集热效率模拟,进而进行全年辐射和温度条件下进行模... 详细信息

针对真空管式和平板式两种使用最多的太阳能集热器开展研究,选取两种系统对其效果进行实测,并对TRNSYS模拟软件的模拟结果进行验证,然后对两种集热系统在不同太阳能辐射区间进行典型日集热效率模拟,进而进行全年辐射和温度条件下进行模拟。结果显示,条件相同情况下,无论典型日还是全年平均值,平板式集热器集热效率均高于真空管式。平板式太阳能热水系统为47. 1%,而真空管式太阳能热水系统的全年平均集热效率为42. 9%;同种条件下,在有太阳辐射时,室外温度对平板式太阳能集热器集热效率有影响,但影响不大。

关键词：太阳能热水系统平板式集热器真空管式集热器集热效率

太阳能生活热水工程集热效率测试及影响因素分析

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建设科技 2016年第16期 16-19页

作者：李博佳黄祝连张昕宇何涛王敏孙峙峰王博渊中国建筑科学研究院

我国是世界上最大的太阳能集热器生产国和安装国,太阳能生活热水在我国得到了广泛应用。通过对24个国家太阳能热水器质量监督检验中心（北京）近年来检测的典型太阳能生活热水工程进行归纳分析发现,测试的太阳能热水工程集热效率主要在4... 详细信息

我国是世界上最大的太阳能集热器生产国和安装国,太阳能生活热水在我国得到了广泛应用。通过对24个国家太阳能热水器质量监督检验中心（北京）近年来检测的典型太阳能生活热水工程进行归纳分析发现,测试的太阳能热水工程集热效率主要在40%~50%之间。此外,依据测试结果也对太阳能生活热水工程的设计、运行提出了建议,以进一步提高的集热效率,实现节能效益最大化的目标。

关键词：太阳能热水工程生活热水集热效率节能环保效益

我省平板型太阳能热水器的技术状况和提高集热效率的途径

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自然资源研究 1980年第4期 65-71页

作者：赵锡泰黑龙江省新能源技术研究所

从全国第二次太阳能利用经验交流会以来,我省的太阳能利用工作有了很大发展。平板型太阳能热水器不仅在数量上增多,而且质量上也不断提高。为了推动我省太阳能利用工作的发展,省科委张恒轩付主任对全省太阳能利用工作做了全面的检查,我... 详细信息

从全国第二次太阳能利用经验交流会以来,我省的太阳能利用工作有了很大发展。平板型太阳能热水器不仅在数量上增多,而且质量上也不断提高。为了推动我省太阳能利用工作的发展,省科委张恒轩付主任对全省太阳能利用工作做了全面的检查,我们随同他对全省太阳能利用工作的一些技术问题作了一些调查研究,下面就几个重要的技术问题，谈几点意见。

关键词：太阳能热水器集热效率排管平板型热损系数集热器

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槽式集热器集热效率影响因素的分析研究

建筑节能 2018年第12期46卷 83-86,90页

作者：郝梦琳杨宾高丽媛赵艺茵刘杰梅河北工业大学能源与环境工程学院天津300401

实际应用中槽式太阳能集热器一般采用一维跟踪太阳的方式,一维跟踪的槽式太阳能集热系统由于照射在抛物镜面末端的太阳光线会聚不到集热管上导致末端损失,全年末端损失变化差异较为明显,对集热器集热效率产生一定影响,利用MATLAB软件对... 详细信息

实际应用中槽式太阳能集热器一般采用一维跟踪太阳的方式,一维跟踪的槽式太阳能集热系统由于照射在抛物镜面末端的太阳光线会聚不到集热管上导致末端损失,全年末端损失变化差异较为明显,对集热器集热效率产生一定影响,利用MATLAB软件对不同集热器参数φ、N、ψ、Wa、L、f下吸热管末端损失对集热器集热效率的影响进行计算分析。研究结果表明:存在末端损失的情况下全年集热器集热效率最大值出现在夏至日前后,最小值出现在冬季;一天中ψ=0°时集热器集热效率最小值为85%出现在正午12点,随着方位角增大集热效率最小值逐渐减小同时出现时刻向正午之后推迟;增加集热管长度可以补偿末端损失提升集热效率,但是在集热管长度较短的情况下效果较为明显。

关键词：槽式集热器末端损失太阳能集热效率 MATLAB

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太阳能真空管集热效率与温度之关系研究

化工设计通讯 2013年第5期39卷 90-92页

作者：曾汝晴朱文雅来梦泽王文磊曾德文雅礼中学湖南长沙410007 中南大学化学化工学院湖南长沙410083

测试了真空管内温升速率随时间的变化关系,通过错时开启真空管吸收太阳能的时间,消除了光照强度随时间波动的影响,获得了真空管内水的升温速率随水温变化的关系。研究结果对大型的用真空管给建筑集热供暖的工程设计具有重要的参考意义。

关键词：太阳能真空管集热效率温度研究