W型CPC熱管式真空集熱管的性能研究.pdf

1、復(fù)合拋物面聚光器（Compound Parabolic Concentrator，簡稱CPC）是一種非成像低倍聚焦的聚光器，可將給定入射角范圍內(nèi)的入射光線按理想的聚光比匯聚到接收器上，而且可以同時(shí)接收直射和散射輻射。它在運(yùn)行時(shí)不需連續(xù)跟蹤太陽，只需季節(jié)性的調(diào)節(jié)方位就可高效工作了。在太陽能中溫領(lǐng)域中，復(fù)合拋物面聚光器有著廣闊的應(yīng)用前景。本文的研究內(nèi)容都是基于自主設(shè)計(jì)的一種可以消除接收管和CPC反光板之間漏光損失的內(nèi)聚光W型CPC熱管式真空

2、集熱管。主要的工作總結(jié)為:
　　(1)首先，對(duì)W型CPC的底部和漸開線拋物線進(jìn)行了分析研究，設(shè)計(jì)出開口寬度為108.7mm，聚光比為1.236，接收半角為32°，長度為1.5m的W型CPC反光板。其次，設(shè)計(jì)了熱管外徑為28mm，玻璃管內(nèi)徑為110mm的熱管式真空集熱管。最后，介紹了CPC反光板制作工藝、太陽能選擇性吸收涂層制備過程、玻璃-金屬封接方式和真空度防護(hù)措施等內(nèi)容。
　　(2)建立W型CPC熱管式真空集熱管的光學(xué)效率

3、計(jì)算模型，把入射到CPC開口面上的太陽直射光線分解為徑向和軸向。Tracepro軟件模擬了不同徑向下入射角下的光線軌跡、幾何光學(xué)效率和熱管曲面總光通量的變化情況。計(jì)算得到散射輻射的光學(xué)效率為0.487，研究直射輻射的光學(xué)效率與徑向入射角、軸向入射角的關(guān)系。
　　(3)以CPC開口面為基準(zhǔn)面建立坐標(biāo)系，得到太陽光線與CPC開口面的入射角、徑向輻射角和軸向入射角的計(jì)算式。分析軸向入射角、徑向入射角、直射光學(xué)效率與時(shí)刻的關(guān)系，得出結(jié)論:

4、徑向入射角與時(shí)刻呈線性正相關(guān);軸向入射角在20°～50°范圍內(nèi)變化，但軸向入射角在該范圍內(nèi)變化時(shí)光學(xué)效率的改變量不足3％;夏至日的一天里直射光學(xué)效率在上午10點(diǎn)到下午14點(diǎn)之間的4個(gè)小時(shí)內(nèi)基本穩(wěn)定在68％，一天的平均直射光學(xué)效率為40％。
　　(4)根據(jù)太陽輻射基礎(chǔ)物理量，推導(dǎo)出CPC開口面上接收的太陽直射輻射強(qiáng)度、反射輻射強(qiáng)度和散射輻射強(qiáng)度，從而建立起各時(shí)刻下的吸熱體吸收輻射強(qiáng)度模型。以夏至日的一天為例，分析計(jì)算采光面接收的輻射

5、強(qiáng)度、吸熱體吸收的輻射強(qiáng)度以及總光學(xué)效率。
　　(5)建立W型CPC熱管式真空集熱管能量傳遞模型，分別對(duì)熱管蒸發(fā)段、熱管內(nèi)部和冷凝段建立數(shù)學(xué)模型。對(duì)集熱管進(jìn)行熱性能分析，推導(dǎo)出其瞬時(shí)熱效率方程、總熱損失系數(shù)、效率因子和熱轉(zhuǎn)移因子的表達(dá)式。設(shè)計(jì)了Matlab/GUI熱性能仿真平臺(tái)，得出的結(jié)論為:太陽輻射強(qiáng)度是集熱管熱性能的主要影響因素;環(huán)境風(fēng)速對(duì)集熱管熱性能的影響幾乎可以忽略;提高流體的進(jìn)口溫度會(huì)使得集熱管的換熱能力下降，因此應(yīng)當(dāng)選