發(fā)布時間：2020-11-20 03:41

　　 太陽能是地球上儲量最豐富的可再生清潔能源,發(fā)展太陽能作為替代能源具有廣闊的前景。目前,太陽能的發(fā)展主要集中于光伏發(fā)電和光熱利用,而無論對于哪種方式,采用聚光的方式對低密度的地表太陽輻射進(jìn)行聚集都是必然的發(fā)展趨勢。碟式系統(tǒng)采用碟式聚光器進(jìn)行聚光,具有極高的光能轉(zhuǎn)換效率,且在模塊化及分布式利用方面有著固有的優(yōu)勢。 碟式聚光系統(tǒng)既可應(yīng)用于聚光光伏發(fā)電,也可應(yīng)用于驅(qū)動熱機發(fā)電。碟式系統(tǒng)屬于點聚焦,其根本特征在于其極高的幾何聚光比,碟式接收器表面承受了非常高的聚焦輻射,設(shè)計不合理很容易產(chǎn)生局部高溫和巨大的熱應(yīng)力,從而導(dǎo)致接收器被燒壞,因此了解接收器壁面的聚焦輻射能流分布非常重要。 立足目前碟式系統(tǒng)的技術(shù)難點所在,本文提出了一種光熱協(xié)同分析方法。在理論計算的基礎(chǔ)上,首先采用光學(xué)分析軟件ASAP進(jìn)行光學(xué)傳遞過程建模,基于Monte-Carlo萬法,將太陽輻射離散為若干均勻分布的光線矢量,同時考慮太陽角直徑的影響,進(jìn)行光線追跡分析,分別得到了平板和圓柱腔式接收器壁面的聚焦輻射能流分布。仿真結(jié)果表明,對于平板接收器,其焦斑從中心沿半徑方向輻射能流密度逐漸降低；對于圓柱腔式接收器,其腔體底面的輻射能流分布與平板類似,而側(cè)壁面的輻射能流分布沿進(jìn)口方向先是逐漸增大,而后逐漸減小,中間存在一個理論上的輻射能流密度峰值。整體上看,圓柱腔式接收器壁面的輻射能流分布是非常不均勻的,尤其是在側(cè)壁面,本文還對鏡面邊緣角和腔體幾何尺寸兩個因素的影響作了分析。 應(yīng)用光學(xué)分析部分算得的結(jié)果,本文對圓柱腔式接收器的傳熱特征進(jìn)行了初步的分析,采用ANSYS對接收器的溫度場進(jìn)行了模擬計算,模擬結(jié)果顯示腔體壁面的溫度分布是非常不均勻的,腔體內(nèi)存在兩處高溫區(qū)域,一處位于腔體底面的中心位置,還有一處位于腔體側(cè)壁面,容易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力,在以后的設(shè)計中須充分考慮。 針對碟式系統(tǒng)存在鏡面成本過高的問題,本文還在鏡面優(yōu)化方面做了嘗試,提出了采用球面反射鏡來代替現(xiàn)在廣泛使用的旋轉(zhuǎn)拋物鏡面。以幾何聚光比為直接指標(biāo),對球面反射鏡的聚光特性進(jìn)行了分析,并與旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡進(jìn)行了對比。球面可實現(xiàn)的幾何聚光比為500-2000,考慮到現(xiàn)有系統(tǒng)的需求以及合理聚光比的觀點,本文認(rèn)為球面反射鏡可以滿足現(xiàn)有碟式系統(tǒng)的要求,本文還對球面反射鏡最佳焦面的能流分布特性進(jìn)行了研究。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：TK512
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
主要符號表
目錄
1 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 太陽能利用現(xiàn)狀
        1.2.1 太陽能利用方式
        1.2.2 光熱發(fā)電和光伏發(fā)電的對比
    1.3 聚光式太陽能技術(shù)
    1.4 碟式太陽能系統(tǒng)現(xiàn)狀
        1.4.1 碟式太陽能熱發(fā)電技術(shù)
        1.4.2 碟式太陽能聚光光伏技術(shù)
        1.4.3 碟式太陽能的技術(shù)難點
    1.5 本文主要研究內(nèi)容
2 碟式系統(tǒng)的聚光性能模擬
    2.1 碟式鏡面
    2.2 碟式接收器
    2.3 物理模型
        2.3.1 平板接收器的焦面能流密度
        2.3.2 圓柱腔式接收器的焦面能流密度
    2.4 光學(xué)仿真軟件及方法
        2.4.1 Monte Carlo方法
        2.4.2 ASAP光學(xué)設(shè)計軟件簡介
    2.5 仿真結(jié)果
        2.5.1 平板接收器的聚光特性
        2.5.2 圓柱腔式接收器的聚光特性
    2.6 本章小結(jié)
3 球面反射鏡的聚光性能模擬
    3.1 引言
    3.2 球面反射鏡簡介
    3.3 球面鏡的光學(xué)聚焦性能仿真
    3.4 兩種反射鏡面性能的對比
    3.5 球面反射鏡對應(yīng)的聚光光斑特性
    3.6 本章小結(jié)
4 接收器的傳熱特性研究
    4.1 傳熱特征的一維理論分析
    4.2 系統(tǒng)的能量傳遞模型
    4.3 光-熱協(xié)同模擬方法
    4.4 模擬結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間科研成果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2890892