發(fā)布時間：2025-01-09 04:52

　　 針對非均勻輻射造成的熱均勻性不高的問題,本文基于Tracepro光學(xué)軟件,采用Monte Carlo光線追跡法,設(shè)計點聚焦透射式菲涅爾聚光器,并建立聚光性能模型,研究F數(shù)、相對位置和跟蹤誤差3種不同設(shè)計參數(shù)對光學(xué)性能的影響規(guī)律。通過仿真模擬得到:①F數(shù)、跟蹤誤差對光學(xué)效率和幾何聚光比影響較大,對熱均勻性影響較小;②光斑能量均勻度隨相對位置呈V形規(guī)律變化,聚光器在焦距位置并不一定是最好的,適當縮小間距不僅可以提高熱均勻性還可以節(jié)省空間和造價;③本文設(shè)計的點聚焦透射式菲涅爾集熱器光學(xué)效率82.69%,光斑能量均勻度22.06%,幾何聚光比226,平均熱流密度64924W/m²,聚光性能和熱均勻性綜合性能良好,在聚光光伏和光熱利用領(lǐng)域有一定的適用性和應(yīng)用前景。

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【部分圖文】：

圖1 菲涅爾聚光器主要幾何參數(shù)

圖1為菲涅爾聚光器幾何參數(shù)關(guān)系，可進一步推導(dǎo)得到公式，見式(6)。式中，F(xiàn)、F?分別為物點、像點；o為物距；f為像距（焦距）；b為環(huán)距；A點為入射點；B點為經(jīng)折射后的出射點；rA為A點到透鏡中心的距離；rB為B點到透鏡中心的距離；hB為B到鏡面的距離；θi為楞高。

圖2 楞高及傾斜角變化曲線

根據(jù)以上推導(dǎo)，經(jīng)過設(shè)計和計算得到本文菲涅爾聚光器的楞高和小斜面傾角。如圖2可知，楞高隨齒環(huán)中心半徑的增大而逐漸增大，本文設(shè)計的菲涅爾透鏡楞高不超過0.5mm，傾斜角不超過45.0°。在相同的設(shè)計工序和操作工藝下，楞高低于普通菲涅爾透鏡，可節(jié)省材料和相關(guān)費用。2菲涅爾聚光器聚光性....

圖3 聚光性能光學(xué)模型

如圖3所示，聚光性能模型包括三部分：光源、聚光器和接受面。由于聚光性能主要是對菲涅爾聚光器的研究，故將吸熱器簡化為平板接收面。光源采用格點光源，其優(yōu)點是方便規(guī)定自由光線的空間位置和入射角度[17]，太陽光光強785W/m2，共1000根光線垂直入射。菲涅爾聚光器初步設(shè)計參數(shù)：邊長....

圖5 不同跟蹤誤差下的光斑能量分布

本次對比的數(shù)據(jù)來自上海交通大學(xué)代彥軍研究團隊[18]，他們搭建了類似的點聚焦菲涅爾透鏡太陽能集熱器試驗臺。其中，菲涅爾聚光器為普通菲涅爾透鏡，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材質(zhì)，聚光器尺寸1000mm×1000mm×3mm,F數(shù)1.5，環(huán)距0.5mm，在聚光器與接受面相對位置150....

本文編號：4025179