太阳能菲涅尔线聚焦集热器与中温蓄热装置研究

【摘要】：本文针对太阳能中温集热技术和应用需求,围绕菲涅尔线聚焦集热器以及蓄热装置进行研究。论文设计构建了一种线聚焦菲涅尔太阳能集热器,分析了菲涅尔线聚焦集热器热损失系数以及集热效率。利用Tracepro计算表明,所研究的菲涅尔线聚焦集热器最大光学效率为75.5%;针对此类集热器建立了菲涅尔柱面镜的光线踪迹法模型,得到柱面镜宽度、吸收器高度、光斑宽度、光斑能量密度分布之间的优化关系;搭建了14.4m2菲涅尔线聚焦集热器测试平台,测试实际光学效率为55.7%,150℃时的集热效率为36.6%,单位长度吸收器热损失系数为110.0W/m。 论文还针对集热温度在80～250℃之间的蓄热需求,研究了包括石英砂与钢砂混合材料显热蓄热、KNO_3/LiNO_3共晶盐、季戊四醇(PE)/三羟基乙烷(PG)固固相变材料等,其中利用成型膨胀石墨制取PE/PG复合材料使其导热性能增加6倍以上。考虑加工工艺等问题,采用石英砂和钢砂的混合材料作为蓄能材料,结合蛇形盘管换热器设计加工了2kWh的蓄能装置,并连接菲涅尔与槽式集热器进行测试。以火用效率、热效率以及集热效率为指标,建立相应模型得到以下结论:集热蓄能装置充放热的综合热效率为81.3%,火用效率为52.3%,蓄热体积与集热器面积之比在80L/m2时为最优值。上述结论对于工业中太阳能中高温应用具有指导价值。 【关键词】：中温 菲涅尔线聚焦 相变材料 显热蓄热 火用效率
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 符号说明10-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景及意义11-15
• 1.1.1 工业能耗概述11-12
• 1.1.2 太阳能中温热利用技术12-14
• 1.1.3 国内外太阳能工业热利用应用及意义14-15
• 1.2 研究现状及存在问题15-18
• 1.2.1 菲涅尔线聚焦集热器研究与应用现状15-16
• 1.2.2 太阳能蓄能材料的研究与应用现状16-17
• 1.2.3 存在问题17-18
• 1.4 本文主要内容18-20
• 第二章 菲涅尔线聚焦集热器设计20-40
• 2.1 菲涅尔线聚焦集热器20-22
• 2.1.1 菲涅尔线聚焦集热器设计20-21
• 2.1.2 菲涅尔线聚焦集热器参数设置21-22
• 2.2 菲涅尔线聚焦集热器部件设计22-32
• 2.2.1 菲涅尔集热器—镜场布置22-29
• 2.2.2 Tracepro 光学分析29-31
• 2.2.3 集热器单轴跟踪系统31-32
• 2.3 菲涅尔线聚焦集热器效率32-39
• 2.3.1 菲涅尔集热器光学效率32-35
• 2.3.2 吸收器热损失系数35-38
• 2.3.3 菲涅尔线聚焦集热器效率38-39
• 2.4 总结39-40
• 第三章 菲涅尔线聚焦集热器测试40-47
• 3.1 菲涅尔线聚焦集热器构建40-42
• 3.2 菲涅尔线聚焦集热器测试系统42-43
• 3.3 菲涅尔线聚焦性能测试43-46
• 3.3.1 空晒性能43-44
• 3.3.2 效率与热损失曲线44-46
• 3.4 本章总结46-47
• 第四章 蓄能材料测试47-60
• 4.1 钢砂与石英砂混合显热蓄能材料47
• 4.2 KNO_3/LiNO_3 熔融盐材料47-51
• 4.2.1 制备KNO_3/LiNO_3 混合材料48-49
• 4.2.2 KNO_3/LiNO_3 混合物相变温度测试49-50
• 4.2.3 相变换热测试50-51
• 4.3 季戊四醇(PE)和三羟基乙烷（PG）固固相变材料51-59
• 4.3.1 固固相变材料季戊四醇（PE）与三羟基乙烷（PG）51-52
• 4.3.2 PE 与PG 混合材料制备与测试52-55
• 4.3.3 复合相变材料制备与测试55-59
• 4.4 本章总结59-60
• 第五章 带蓄热的太阳能中温集热装置及其优化60-68
• 5.1 钢砂与石英砂蓄能装置60-63
• 5.1.1 显热蓄热换热装置60
• 5.1.2 显热蓄热装置测试60-63
• 5.2 钢砂与石英砂混合显热蓄能装置数学模型63-64
• 5.3 集热蓄热装置优化64-66
• 5.4 本章总结66-68
• 第六章 结论与展望68-70
• 6.1 研究结论与创新点68-69
• 6.2 工作展望69-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 攻读学位期间发表的学术论文目录74

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