CPC太陽能集熱器的集熱性能及其在中低溫領域的應用研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、面對日益增長的綠色能源的需求,迫切需要開發(fā)能夠提供中低品位熱能的高效太陽能集熱器。復合拋物面集熱器(CPC)在80~250℃區(qū)間具有很好的集熱特性,但是由于研究投入不足,缺乏成熟技術。本文針對CPC的關鍵技術,重點研究了接收半角、集熱管布置、和優(yōu)化集熱溫度等方面的問題,研究工作主要包括下列4個方面:
  (1) CPC設計:建立了太陽能輻射計算模型,計算得出南京地區(qū)四個典型日的太陽輻射強度。選取了接收半角為10°,20°,30°的

2、三組圓管形CPC,吸收體采用了具有真空隔熱的集熱管,對四種真空集熱管(單管R、單管2R、雙管水平和雙曲面)布置方案進行了設計。
  (2)集熱器光學模擬:采用基于MCRT法的TRACEPRO軟件,對CPC太陽能集熱器進行光學建模;對不同半角、不同集熱管布置的方案進行模擬;分析研究CPC吸收太陽能輻射強度、總光學效率、吸收體表面的能流密度。
  (3)集熱效率模擬分析:建立CPC一維穩(wěn)態(tài)傳熱模型、瞬時集熱效率模型。以乙二醇為集

3、熱工質(zhì),應用FLUENT軟件,模擬分析了不同半角、不同進口溫度、不同質(zhì)量流量、不同環(huán)境溫度、不同風速情況下的集熱效率。
  (4)經(jīng)濟性分析:應用F-圖法的熱性能分析和經(jīng)濟性分析模型,對比分析不同集熱溫度下,不同類型集熱器在全生命周期的費用節(jié)省和資金回收年限。
  本文研究的主要結(jié)論如下:
  (1)增加吸收體半徑、或者采用多管吸收體可以增加CPC集熱器半角,但是聚光比和集熱溫度會相對下降。對于接收半角大于30°的CP

4、C,使用雙曲面設計方案更具有優(yōu)勢。
  (2)集熱效率隨流體進口質(zhì)量流量的增加,先急劇增加,隨后趨于平緩。質(zhì)量流量從0.01kg/s增加到0.20kg/s,接收半角為10°,20°,30°的CPC集熱器集熱效率分別增加4.74%,4.92%,4.94%,對應的流體壓差從(2.23Pa,4.15Pa,65.13Pa)增加到(54.82Pa,105.72Pa,157.82Pa)。當流體進口溫度小于80℃時,接收半角較大的CPC的集熱效

5、率較高,在進口溫度等于40℃時,接受半角10°,20°,30°的CPC集熱器集熱效率分別為54.54%,57.15%,58.26%,當流體進口溫度大于110℃時,接收半角較小的CPC的集熱效率較高,在進口溫度為150℃,集熱效率分別為46.52%,43.02%,37.64%;室外環(huán)境溫度和風速的變化對接收半角10°的CPC影響最小。
  (3)不同集熱流體的對比研究,在流體進口溫度為80~120℃,集熱工質(zhì)為乙二醇的集熱效率比導熱

6、油高5.67%。
  (4)集熱區(qū)間判據(jù):通過經(jīng)濟性、光學效率、集熱效率等方面的分析發(fā)現(xiàn),在集熱溫度小于80℃時,選用接收半角大于30°的CPC集熱器或者選擇真空管和平板型集熱器;集熱溫度在80~120℃區(qū)間內(nèi),選用接收半角20°~30°的CPC;集熱溫度在130~150℃區(qū)間內(nèi),選用接受半角10°~20°的CPC;集熱溫度大于150℃時,選用接收半角小于10°的CPC。
  本文的創(chuàng)新之處在于:提出了對應不同集熱溫度,選擇

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