基于碟式的太陽(yáng)能二次反射及其分頻系統(tǒng)的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、太陽(yáng)輻射能具有能流密度低、不穩(wěn)定和光譜分布范圍寬等特點(diǎn)，因此聚光技術(shù)、蓄熱技術(shù)和分頻技術(shù)分別是太陽(yáng)能研究者研究的關(guān)鍵性問題之一。針對(duì)上述問題，本文以太陽(yáng)能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的研究為背景，對(duì)太陽(yáng)能二次反射下聚光-熱發(fā)電系統(tǒng)光路的優(yōu)化設(shè)計(jì)及新型聚光-分頻系統(tǒng)的光路設(shè)計(jì)展開了相關(guān)的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文的研究工作主要包括:
　?、賹?duì)五種二次反射系統(tǒng)進(jìn)行理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬和比較;
　?、诮⑿D(zhuǎn)雙曲面上半支型二次反射系統(tǒng)的

2、三維光學(xué)模型并編程，討論各種誤差對(duì)系統(tǒng)聚光效果的情況;
　　③搭建太陽(yáng)能二次反射下聚光試驗(yàn)臺(tái)，建立聚光鏡鏡面測(cè)量系統(tǒng)和光斑測(cè)量系統(tǒng)，開展鏡面掃描、光路驗(yàn)證和光斑測(cè)量等實(shí)驗(yàn)并分析;
　　④設(shè)計(jì)一種新型分頻器，建立二次反射聚光-分頻系統(tǒng)的光學(xué)模型并編程，討論各種誤差對(duì)系統(tǒng)聚光效果的影響;
　?、輰?duì)太陽(yáng)能二次反射下聚光系統(tǒng)和二次反射聚光-分頻系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析和比較。
　　在數(shù)值模擬方面，運(yùn)用ASAP軟件，分別對(duì)平面型、

3、旋轉(zhuǎn)橢圓面型、旋轉(zhuǎn)雙曲面上半支型、旋轉(zhuǎn)雙曲面下半支型和旋轉(zhuǎn)拋物面型等五種二次反射系統(tǒng)建立幾何模型、進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)并模擬，討論一次鏡邊緣角、二次鏡數(shù)值孔徑、焦點(diǎn)相對(duì)位置等幾何參數(shù)對(duì)二次鏡相對(duì)位置、二次鏡直徑、遮光率、光斑直徑、能量聚光比等的影響。在此基礎(chǔ)上，得出適合本實(shí)驗(yàn)室研究思路的二次反射系統(tǒng)類型為旋轉(zhuǎn)雙曲面上半支型。對(duì)該系統(tǒng)建立三維光學(xué)模型，根據(jù)蒙特卡洛法編寫光路追蹤程序以研究聚光光斑的能流密度分布，討論太陽(yáng)形狀、跟蹤誤差、安裝誤差等因

4、素對(duì)系統(tǒng)聚光比、光斑直徑、光斑偏移的影響。
　　在實(shí)驗(yàn)方面，搭建了一米的和三米的碟式二次反射系統(tǒng)，通過鏡面測(cè)量系統(tǒng)得到二次反射系統(tǒng)的鏡面模型，結(jié)合程序?qū)?shí)際鏡面模型進(jìn)行分析;對(duì)一米碟式二次反射系統(tǒng)的光路驗(yàn)證結(jié)果與模擬結(jié)果吻合良好，證實(shí)了鏡面測(cè)量系統(tǒng)的正確性。搭建了光斑測(cè)量系統(tǒng)，分別對(duì)一米和三米的二次反射系統(tǒng)的聚光情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量和誤差分析，一米系統(tǒng)的聚光效果理想，三米系統(tǒng)的聚光鏡面需要改進(jìn)。
　　本文還設(shè)計(jì)了一種新型的分頻

5、器，可以將分頻后的兩束光斑均反射至一次鏡下方。對(duì)該新型二次反射聚光-分頻系統(tǒng)的光路進(jìn)行了推導(dǎo)，建立三維數(shù)學(xué)模型并編寫模擬程序，討論太陽(yáng)形狀、跟蹤誤差、安裝誤差等因素對(duì)系統(tǒng)聚光比、光斑直徑、光斑偏移的影響。
　　最后，對(duì)可蓄熱的碟式二次反射下聚光斯特林發(fā)電系統(tǒng)和分別以Ⅱ-3B聚光光伏電池和外燃式熱機(jī)為光伏和光熱利用元件的聚光-分頻電熱聯(lián)用系統(tǒng)建立分析模型，計(jì)算結(jié)果表明，碟式二次反射下聚光系統(tǒng)效率為21.3％;對(duì)電熱聯(lián)用系統(tǒng)。當(dāng)ηth