碟式太阳能热发电系统中腔式吸热器光热性能的数值研究及优化

【摘要】：随着人类社会的进步与发展，以及人民生活水平的不断提高，能源需求将大幅度地增长。然而，能源的开发和利用受到资源、技术、经济和环境等诸多因素的影响和制约，全球性的能源危机和环境恶化问题日益突出。开发和利用可再生、清洁的能源，积极寻找节能新技术是应对能源危机和生态危机的必经之路。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，将成为本世纪一种重要的新型能源。 太阳能热发电是太阳能热利用中一种重要的方式。目前已经开发利用的太阳能热发电系统主要有：塔式、槽式和碟式。本文对这3种发电系统进行了对比分析，主要比较了3种发电系统的技术特点、适用范围及技术难题，着重介绍了碟式太阳能热发电系统的组成和原理，并分析了其研究现状及其发展趋势。 腔式吸热器是安装在碟式聚光器焦点处收集太阳能并将其转化为热能的装置，其光热性能对整个热发电系统的性能具有重要影响。腔式吸热器的形状、开口尺寸对其光热性能有直接影响。本文从理论上分析了腔式吸热器接受太阳辐射并将其转化为热能过程中，产生的各种热量损失，如反射光损失、热辐射损失、对流热损失及导热热损失，并给出了这些热量损失的理论计算方法。同时，就其内部热流场分布问题建立了相应的连续性方程、能量方程、动量方程及湍流方程。在此基础上，本文运用光学软件TracePro和计算流体力学软件FLUENT，对腔式吸热器进行了光学性能和热力学性能的数值模拟。研究内容包主要括以下几方面： 针对4种结构的腔式吸热器(球形、圆柱形、圆锥形、平顶圆锥形)，建立了4种吸热器的三维几何模型。在相同的聚光器和太阳辐射强度下，运用光学模拟软件TracePro计算了4种吸热器的光学效率，并获得其辐射强度分布图。结果表明球形吸热器具有较好的光学性能。 针对球形吸热器，建立了6种不同开口比例(D/d)球形吸热器的三维几何模型，运用TracePro计算了在相同聚光器和太阳辐射强度下，6种吸热器光学效率的大小。运用FLUENT软件计算和比较了各吸热器的热力学效率。结果表明：1D/d1.5之间的球形腔式吸热器具有较高的综合效率。 本文的研究成果，可望为高效腔式吸热器的选型、设计、结构优化提供理论分析方法和数值研究方法。 【关键词】：太阳能热发电 蒙特卡洛法 腔式吸热器 数值模拟
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究的背景和意义11-14
• 1.1.1 能源利用的现状及趋势11-12
• 1.1.2 太阳能的特点和优势12-13
• 1.1.3 我国太阳能资源13-14
• 1.2 太阳能热发电技术的简介14-19
• 1.2.1 太阳能的发电形式14-16
• 1.2.2 国外研究动态16-18
• 1.2.3 国内研究动态18-19
• 1.3 主要研究目的及主要研究工作19-20
• 1.4 本章小结20-21
• 第二章 太阳能热发电技术概述21-27
• 2.1 太阳能热发电的主要形式21-26
• 2.1.1 塔式太阳能热发电21-23
• 2.1.2 槽式太阳能热发电23-25
• 2.1.3 碟式太阳能热发电25-26
• 2.2 三种太阳能热发电的比较26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 碟式太阳能热发电系统27-37
• 3.1 系统的原理27
• 3.2 系统的组成27-32
• 3.2.1 聚光器28
• 3.2.2 跟踪系统28-29
• 3.2.3 吸热器29-30
• 3.2.4 热电转化装置30-32
• 3.2.5 储能装置32
• 3.3 吸热器研究进展及对本课题的启示32-36
• 3.3.1 吸热器的研究进展32-35
• 3.3.2 研究进展对本课题的启示35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 腔式吸热器性能的理论计算方法37-53
• 4.1 腔式吸热器的各项热损失37-40
• 4.1.1 腔体内表面对聚焦光的反射光损失38
• 4.1.2 腔体的对流热损失38-39
• 4.1.3 腔体的热辐射热损失39
• 4.1.4 腔体的导热热损失39-40
• 4.2 描述腔体吸热器热流场的数学模型40-44
• 4.2.1 控制方程40-43
• 4.2.2 辐射传热模型43-44
• 4.2.3 流动类型判断准则44
• 4.3 计算平台的介绍44-52
• 4.3.1 TracePro 软件介绍44-47
• 4.3.2 FLUENT 软件的介绍47-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 腔式吸热器的光学性能模拟与分析53-59
• 5.1 物理模型53-54
• 5.1.1 模型的假设53-54
• 5.1.2 腔式吸热器的结构及尺寸设定54
• 5.2 计算原理及方法54-56
• 5.2.1 蒙特卡洛光线追踪法原理54-55
• 5.2.2 反射光线计算方法55-56
• 5.3 不同形状吸热器模拟结果比较与分析56-58
• 5.3.1 反射光损56
• 5.3.2 太阳辐射热流分布的模拟结果56-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第六章 球形腔式吸热器性能模拟和优化59-70
• 6.1 物理模型59-60
• 6.2 控制方程60
• 6.3 材料物性60-61
• 6.4 网格划分和边界条件61-63
• 6.4.1 网格划分61-62
• 6.4.2 网格的检验62
• 6.4.3 边界条件62-63
• 6.5 计算模型的检验63-65
• 6.5.1 残差收敛判定63-64
• 6.5.2 系统流量平衡检验64-65
• 6.6 计算结果与分析65-69
• 6.6.1 光学性能分析65
• 6.6.2 温度场分布65-67
• 6.6.3 速度场分布67-68
• 6.6.4 热损分析68-69
• 6.7 本章小结69-70
• 结论与展望70-73
• 参考文献73-80
• 攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果80-81
• 致谢81-82
• 附件82

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

槽式太阳能热发电系统中聚光装置的结构分析与优化    管勋

积极构建我国能源可持续发展体系与发展电力新技术    严陆光;

我国风力与太阳能发电的发展与展望    严陆光

不同表面激光双向反射分布函数的实验研究    吴振森,韩香娥,张向东,江荣熙,魏庆农,徐竹

双向反射分布函数的绝对测量方法    魏庆农,刘建国,江荣熙

碟式聚光太阳能热发电系统用腔式吸热器热性能分析    张春平,刘志刚,赵耀华,唐大伟

二维半透明介质辐射与导热非稳态复合换热数值计算    鲍亦令,谈和平,李林,余其铮,唐明

地物目标红外热像理论建模中的蒙特卡罗法与并行计算    谈和平,崔国民,阮立明,夏新林,余其铮

碟式太阳能热发电系统中吸热器温度场模拟    廖葵;龙新峰;

21世纪前期我国能源战略的若干问题    李文彦

将发展大规模太阳能发电提上日程    严陆光;

地铁车站通风与火灾三维数值模拟研究    王春

独立运行风/光互补电站控制监测系统的研究    定世攀

地铁站火灾烟气扩散及控制的研究    李兆文

一种新型高效太阳能集热器的设计与研究    胡锦达

地下建筑热工环境的数值分析研究    赵敬源;邱永亮;

水电站地下隧洞换热计算模型比较    苏华;

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十二讲 流体运动基础    张富强,王久彬

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十三讲 连铸结晶器中钢液流动的研究    张富强,王久彬

液冷组件热设计    杨双根,金开军,朱春玲

花道泡水质模拟预测研究    潘晓东;唐健生;田竹君;李振兴;

太阳能供电与半导体制冷箱的设计    张曦;

基于AVR单片机的光伏电源控制系统设计    张志福;李钊年;师玉宝;

太阳辐射量与光伏系统优化设计软件    杨金焕;葛亮;

光伏系统设计思路及注意事项    王润波;

基于供暖系统玻璃真空管式太阳能集热器的热力学分析    孟繁晋;戎卫国;涂庆童;祖文超;李显英;

混砂车搅拌罐流场分析方法    周思柱;陈翔;吴汉川;祝克强;黄天成;

双向反射分布函数绝对量值复现的系统设计    刘子龙;廉玉生;王佳佳;廖宁放;王煜;

槽式太阳能集热发电系统发展状况    张同伟;

多孔介质对自流式充气影响的数值模拟    石正军;唐涛;赵晓平;

基于FLUENT的发动机舱内部流场数值模拟    李贵;孙蓓蓓;朱壮瑞;高晔;

大型集装箱船桨舵干扰粘性流场的数值计算研究    沈兴荣;冯学梅;蔡荣泉;

靠背式测速探头感受特性的数值模拟研究    许进;植仲培;李军;凌长明;

表面张力与合金元素汽化对激光加热表面温度的影响    雷永平;史耀武;

电站双流程凝汽器壳侧流场的准三维数值模拟    熊用;丁学俊;

我国太阳能光伏产业投资风险及决策研究    朱震宇

基于Z拓扑的光伏并网逆变器研究    程如岐

生物多孔材料非稳态收缩及其对传热传质影响研究    刘显茜

皮肤选择性光热解效应与光疗及热损伤的评估方法和技术    龚玮

有机基太阳能电池中有序结构材料及其界面和性能    杨志胜

1100kV GIS中SF6断路器关键技术研究    韩书谟

中国能源消费与经济增长关系的实证研究    张琳

喷杆喷雾机风助风筒多目标优化设计    刘雪美

青藏铁路五道梁冻土区工程结构热扰动研究    许兰民

可再生能源发电政策与环境效益分析方法研究    秦湘灵

塞流式厌氧发酵反应器物料流场的CFD模拟    张战锋

用于矿灯充电的独立光伏系统研究    毛娟

多级压气机三维流场数值模拟研究    魏国亮

高能燃料燃烧流场的数值模拟与结构设计    张哲衡

LED彩色打印机内部温度场的数值计算    崔广云

带有自由表面流动的N-S方程的数值解法    刘海朋

光伏并网发电系统的MPPT及孤岛检测新方法的研究    于希洋

风光联合发电系统建模与设计    陈丽

基于GPRS的河套平原灌区水资源数据监测系统的应用研究    房永亮

光伏发电系统最大功率点跟踪算法研究及实现    黄克亚

槽式太阳能热发电技术研究现状与发展    罗智慧;龙新峰;

太阳能热发电发展现状及关键技术战略研究    吴光波;宋亚男;

槽式太阳能集热发电系统发展状况    陈超;聂志刚;那小桃;

有限元分析在结构设计中的应用    王美娥

结构优化设计的现状与进展    汪树玉，刘国华，包志仁

碟式太阳能热发电技术综述(一)    许辉;张红;白穜;丁莉;庄骏;

太阳能发电技术综述    于静;车俊铁;张吉月;

太阳能热发电技术的发展现状及主要问题    宿建峰;李和平;贠小银;赵芫桦;

太阳能热发电技术    张耀明;

太阳能热发电系列文章(11) 槽式太阳能热发电中的真空集热管    王军;张耀明;王俊毅;陈勇;安翠翠;

大型风电叶片结构设计方法研究    马志勇

槽式太阳能直接蒸汽热发电系统性能分析与实验研究    杨宾

连续体结构静力拓扑优化方法与软件开发    叶红玲

槽式太阳能热发电站微观选址的方法研究    赵明智

抛物槽式太阳能集热技术系统集成研究    高志超

立式加工中心多目标优化设计    彭艳华

专用汽车结构拓扑优化设计及强度分析    姚成

连续体结构拓扑优化设计    王春会

太阳能利用的跟踪与聚集系统研究    张宝星

塔式太阳能热发电系统集成及性能优化    宿建峰

起重机常用基本构件风载荷系数研究    孙家斌

光伏发电系统关键技术的研究    翁炳文

基于HyperWorks的某雷达零部件的拓扑优化设计    李博

雷达天线风载荷分析及伺服系统抗扰方法研究    张鑫

人类理想的新能源——太阳能发电    陈幼松

漫话世界各大城市地铁    顾尚华

我国大规模可再生能源基地与技术的发展研究    严陆光;夏训诚;周凤起;赵忠贤;刘东生;匡廷云;张新时;周孝信;李灿;朱瑞兆;陈勇;白克智;陆天虹;孔力;胡学浩;许洪华;赵黛青;吕绍勤;黄常纲;

深圳地铁一期工程环控模拟结果要点和分析    郑晋丽,胡维撷

关于地铁隧道区间段阻塞工况临界通风速度的研究(Ⅰ)    欧阳沁,江泳,朱颖心,赵彬

建筑火灾的模拟方法及进展    傅祝满;范维澄;

分析长期不稳定传热问题的特征值法    王补宣,江亿

我国城市轨道交通多元化发展的新趋势    周翊民

影响平板式太阳能热水器热效率诸因素的研究    范貌宏,RobertC.Brown,范秀英,杨建洲,张微

在用柴油车环保节能的对策研究    李肖力,梁荣光,简弃非

地铁站台火灾排烟通风模式分析    欧阳沁;江泳;朱颖心;

非结构网格粘性流动计算研究    成娟

地铁车站通风与火灾的CFD仿真模拟与实验研究    那艳玲

小型太阳能热发电站的研制及其发展前景    夏家俊

太阳能热发电    王乃粒;

2008太阳能热发电技术三亚国际论坛召开    

我国研制出世界首台太阳能热发电站仿真机    

以、美太阳能热发电技术    柳地;

太阳能热发电七问    鹏飞;

太阳能热发电首部国家标准即将颁布    

光热发电:商业化启程    杨海霞;

全国太阳能标委会在北京召开太阳能热发电术语审定会    

我国光热发电从幕后走向台前    高峰;

用于太阳能热发电的Al_2O_3/ZrO_2(Y_2O_3)纳米复相陶瓷的制备及性能研究    徐晓虹;焦国豪;吴建锋;赵芳;方斌正;

槽式太阳能集热发电系统发展状况    张同伟;

用于太阳能热发电输热管道的红柱石基复相陶瓷的研究    吴建锋;冷光辉;徐晓虹;刘升升;

太阳能热发电用氧化铝基复相陶瓷抗热震性及EPMA分析    吴建锋;焦国豪;徐晓虹;方斌正;冷光辉;赵芳;

太阳能热发电用莫来石-堇青石复相陶瓷低温制备与性能研究    徐晓虹;马雄华;吴建锋;张锋意;徐瑜;陈旭秋;

浅谈建筑节能    罗学明;许慧军;

太阳能电池发展展望    刘路;

中温和高温集热管测试技术    刘希杰;韩文敏;张化明;柯伟;

薄膜技术在太阳能利用技术中的应用    林艺敏;江绍基;

“太阳能热发电研究及产业基地”在山东潍坊奠基    

太阳能热发电核心技术实现国产化    记者 齐慧　实习生 柴洁

槽式太阳能热发电核心技术获突破    陈国春

国内最大太阳能热发电项目落户内蒙古    记者 王薇薇

太阳能热发电将掀新一波投资潮    本报记者 钟银燕

国内最大太阳能热发电项目即将招标    于达维

海南可成太阳能热发电技术研究基地    记者 郭景水　卓上雄 实习生 石挺恋

太阳能热发电“抢位赛”    本报记者 吴林

柴达木首个太阳能热发电项目开展前期工作    通讯员 李莎莎

鄂尔多斯要建国内首个 槽式太阳能热发电项目    记者 戴宏

燃料化学能与物理能综合梯级利用的热力循环    洪慧

太阳能辅助燃煤发电系统耦合机理与热力特性研究    崔映红

太阳能高效吸热陶瓷材料及吸热器的设计与研究    刘孟

太阳能热发电莫来石—堇青石复合陶瓷管道材料的制备及性能研究    马雄华

太阳能辅助燃煤发电系统热力特性研究    阎秦

煅烧铝矾土合成堇青石及其在太阳能储热材料中的应用研究    方斌正

中低温太阳热能与化石能源互补系统集成及水电联产系统研究    罗尘丁

定日镜和幕墙结构的抗风性能研究    宫博

以纳米流体为工质的自然循环太阳能集热系统研究    倪煜

塔式太阳能热发电蒸汽系统建模与控制    李雅哲

槽式太阳能热发电系统性能分析    田素乐

碟式太阳能热发电蒸汽温度与压力控制系统研究    吴光波

太阳能热发电蓄热系统控制策略的研究    薛颖

槽式太阳能热发电装置跟踪控制系统研究    尹丹

碟式太阳能热发电装置跟踪控制系统设计与研究    刘贤群

塔式太阳能热发电站的混杂系统建模与仿真    赵敏

兆瓦级碟式太阳能热发电机构可靠性仿真分析    江杰

塔式太阳能热发电机组的控制策略研究    赵毅勇

塔式太阳能热发电镜场的优化与仿真研究    丁婷婷