碟式太陽(yáng)能聚光集熱系統(tǒng)機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究-博士論文參考

1、,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文答辯,碟式太陽(yáng)能聚光集熱系統(tǒng)機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究,研 究 生：學(xué)科名稱：指導(dǎo)教師：,2024/3/3,,,內(nèi)容提要,,2、鎧裝熱電偶傳熱模型及驗(yàn)證,1、課題背景及意義,,,1,3、聚焦平面能流密度測(cè)量與分析,4、接收器熱性能分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),5、碟式聚光集熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,6、結(jié)論與展望,1,1,1,1,選題意義研究現(xiàn)狀研究?jī)?nèi)容與關(guān)鍵問(wèn)題,儲(chǔ)產(chǎn)比(石油),世界天然氣產(chǎn)氣量(1987-2012),世界煤

2、炭消費(fèi)量(1987-2012),內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,1-1,中國(guó)一次能源消費(fèi)中煤炭所占比重(2003-2012),中國(guó)能源生產(chǎn)量和消費(fèi)量(1980-2012),選題意義,應(yīng)該加大對(duì)新能源和可再生能源的技術(shù)研發(fā),內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,1-2,選題意義,美國(guó)Solar One槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電廠,PS10（后面）和PS20（前面）太陽(yáng)能塔式熱發(fā)電電廠,碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電廠,碟式聚光系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：聚光倍數(shù)大、效率高、模

3、塊化強(qiáng)、分布式能源利用,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,1-3,選題意義,,,,,,,,,,,,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,1-4,研究現(xiàn)狀,如何利用現(xiàn)有條件開(kāi)展能流密度的測(cè)量成為首要問(wèn)題； 已有研究中獨(dú)立開(kāi)展聚光器性能和接收器效率的報(bào)道較多，但作為整個(gè)系統(tǒng)中的兩個(gè)重要 單元，耦合在一起的研究報(bào)道較少。,聚焦平面能流密度測(cè)量Jesus Ballestrín等把微傳感器固定在移動(dòng)條上，快速掃過(guò)聚光焦平面，完成能流密

4、度分布的 測(cè)量。 Ulmer Steffen等人采用利用間接測(cè)量水冷朗伯靶包對(duì)DISTAL Ⅱ系統(tǒng)進(jìn)行了間接測(cè)量， 德國(guó)DLR機(jī)構(gòu)利用表面涂有Al2O3的朗伯靶和帶透鏡、濾光片的CCD相機(jī)對(duì)其研究的太陽(yáng)爐焦 面能流分布進(jìn)行了測(cè)量，靶在很短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)光束，靶面無(wú)需水冷。,接收器熱損失Harris、Lenz等人對(duì)6種不同形狀的接收器熱損失進(jìn)行分析，引起損失最大的因素是聚光器的 聚光性能，接收器的形狀對(duì)系統(tǒng)總熱效率

5、的影響不大。Taumoefolau、Prakash和肖蘭等人對(duì) 接收器的對(duì)流熱損失進(jìn)行了模擬和實(shí)驗(yàn)研究。,碟式聚光效果帥永等利用Monte Carlo方法建立碟式聚光模型，研究了輻照度、太陽(yáng)能入射角度對(duì)聚光特性 的影響。劉穎利用有限元法對(duì)聚光器聚焦能流密度進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,1-5,研究?jī)?nèi)容與關(guān)鍵問(wèn)題,碟式聚光集熱系統(tǒng),聚焦平面能流密度測(cè)量,接收器能量利用效果,聚光

6、集熱效果影響因素,第二章：鎧裝熱電偶能流密度測(cè)量的數(shù)值分析,第三章：碟式聚光器聚焦平面能流密度測(cè)量,第四章：接收器熱性能理論分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第五章：碟式太陽(yáng)能聚光集熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,第六章：集熱系統(tǒng)熱性能影響因素分析,,2、鎧裝熱電偶傳熱模型及驗(yàn)證,1、課題背景及意義,,,1,3、聚焦平面能流密度測(cè)量與分析,4、接收器熱性能分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),5、碟式聚光集熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,6、結(jié)論與展望,1,1,1,1,測(cè)量方案介紹鎧裝熱電偶傳熱模型實(shí)

7、驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析,1,,干擾較大，規(guī)律性差，缺乏理論依據(jù),內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,,2-1,測(cè)量方案介紹,傳感器布置數(shù)量有限，精度低，分辨率差,聚焦平面能流密度測(cè)量方法：直接測(cè)量和間接測(cè)量,間接測(cè)量原理圖,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,,2-2,測(cè)量方案介紹,,,,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,,2-2,鎧裝熱電偶傳熱模型,鎧裝熱電偶實(shí)物和結(jié)構(gòu)圖,網(wǎng)格劃分結(jié)果,入射能流密度與溫度間的關(guān)系曲線,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博

8、士論文答辯,,2-2,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析,實(shí)驗(yàn)思路：將標(biāo)準(zhǔn)聚光鏡聚光平面垂直于太陽(yáng)入射光放置，將熱電偶接收端放置在聚光后的中心軸線上，讓其接受聚光后的太陽(yáng)能能流，用數(shù)據(jù)采集儀記錄熱電偶輸出溫度，同時(shí)用紅外攝像儀記錄熱電偶套管表面溫度。,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,,2-2,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析,標(biāo)準(zhǔn)聚光下測(cè)量數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果的對(duì)比,(a) 能流強(qiáng)度1588 W/m2,(b) 能流強(qiáng)度3398 W/m2,(c) 能流強(qiáng)度88 54W/m2

9、,(d) 能流強(qiáng)度10664 W/m2,1、仿真分析可得熱電偶能流密度與溫度間函數(shù)關(guān)系；2、熱電偶測(cè)試溫度反演得到入射的能流密度值；3、實(shí)驗(yàn)表明，隨入射能流密度的增加，熱電偶測(cè)試端和尾部套管間的溫差加大，尾部套管對(duì)測(cè)試端的影響在削弱，測(cè)試精度越來(lái)越高。,,,,2、鎧裝熱電偶傳熱模型及驗(yàn)證,1、課題背景及意義,,,1,3、聚焦平面能流密度測(cè)量與分析,4、接收器熱性能分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),5、碟式聚光集熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,6、結(jié)論與展望

10、,1,1,1,1,測(cè)量設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布焦斑特性,1,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-1,測(cè)量設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件,熱電偶支架和布置,下盤(pán)：讓聚焦能流入射到熱電偶測(cè)試端，防止照射到其他部位；,上盤(pán)：支撐、固定熱電偶，保證測(cè)試平面與聚焦平面平行；,支撐軸：固定裝置，調(diào)整測(cè)量位置用。,聚光器和跟蹤平臺(tái),TP700多路數(shù)據(jù)記錄儀,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-2,測(cè)量設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件,能流密度分布測(cè)量過(guò)程圖,說(shuō)

11、明1、聚光器理論焦距為555mm；2、調(diào)整鎧裝熱電偶支架下盤(pán)位置，以理論焦點(diǎn)Z=f=555mm處為中心0點(diǎn)，在[-60，70]范圍內(nèi)(Z=495mm到Z=625mm)每隔10mm開(kāi)展了測(cè)量研究;3、通過(guò)焦點(diǎn)F的聚焦平面為法平面；4、垂直于主軸，平行于法平面，不同Z值的聚焦平面，稱為Z=xx（相應(yīng)數(shù)值）mm聚焦平面。,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-3,焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布,,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-4,

12、焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布,,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-5,焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布,,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-6,焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布,,,,,以F為極點(diǎn)，F(xiàn)A為極軸建立極坐標(biāo)系，求得A、B點(diǎn)在極坐標(biāo)中的運(yùn)動(dòng)軌跡方程為：,,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-7,焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布,,,(0)Z=555mm,(+10)Z=565mm,(+20)Z=575mm,(+30)Z=585mm,(+40

13、)Z=595mm,(+50)Z=605mm,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-8,焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布,,,(0)Z=555mm,(-10)Z=545mm,(-20)Z=535mm,(-30)Z=525mm,(-50)Z=505mm,(-40)Z=515mm,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-9,焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布,,,(0)Z=555mm,(+10)Z=565mm,(+20)Z=575mm,(-10)Z=545mm,

14、(-20)Z=535mm,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-10,焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布,,,(+30)Z=585mm,(+40)Z=595mm,(+50)Z=605mm,(-30)Z=525mm,(-50)Z=505mm,(-40)Z=515mm,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-11,焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布,,,(0)Z=555mm,(+10)Z=565mm,(+20)Z=575mm,(+30)Z=585mm,(+40)

15、Z=595mm,(+50)Z=605mm,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-12,焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布,,,(0)Z=555mm,(-10)Z=545mm,(-20)Z=535mm,(-30)Z=525mm,(-40)Z=515mm,(-50)Z=505mm,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-13,焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布,,,(0)Z=555mm,(+10)Z=565mm,(+20)Z=575mm,(+30)Z=585mm

16、,(+40)Z=595mm,(+50)Z=605mm,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-14,焦面溫度場(chǎng)和能流密度分布,,,(0)Z=555mm,(-10)Z=545mm,(-20)Z=535mm,(-30)Z=525mm,(-40)Z=515mm,(-50)Z=505mm,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-15,焦斑特性,,,y=0直線上的能流密度分布（Z∈[555，625]）,y=0直線上的能流密度分布（Z∈[495，555

17、]）,100mm×100mm的聚光區(qū)域（簡(jiǎn)稱100mm2區(qū)域）有些偏大，其高倍聚光區(qū)域集中在中心60mm×60mm區(qū)域內(nèi)（簡(jiǎn)稱60mm2區(qū)域）,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-16,焦斑特性,,,1、各個(gè)聚焦平面上100mm2區(qū)域內(nèi)的總能流要大于60mm2區(qū)域內(nèi)的總能流；,2、聚光能流集中在60mm2區(qū)域內(nèi)，故各個(gè)聚焦平面上60mm2區(qū)域內(nèi)的平均能流密度要大于100mm2區(qū)域內(nèi)的平均能流密度；,3、聚光區(qū)域較

18、好的平面為法平面，但聚焦后總能流最大的平面卻是正向遠(yuǎn)離焦點(diǎn)20mm的Z=575mm平面。,4、同平均能流密度變化趨勢(shì)一致，Z=575mm平面能量聚光比最高，不論是100mm2區(qū)域還是60mm2區(qū)域。,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,3-17,焦斑特性,,,實(shí)際應(yīng)用中要通過(guò)碟式聚光系統(tǒng)獲得高溫工質(zhì)，同時(shí)保證系統(tǒng)高效運(yùn)行。在高溫和高效間取舍時(shí)，如以高溫為目的，則接收器應(yīng)安裝于聚光效果最好的法平面（Z=555mm），以保證工質(zhì)溫度最高；但若

19、以高效為目的，則可以將接收器安裝于最大總能流位置處（Z=575mm），以便高效的利用太陽(yáng)能，減少局部溫度過(guò)高、熱應(yīng)力局部破壞等對(duì)傳熱過(guò)程產(chǎn)生的不利影響。,,2、鎧裝熱電偶傳熱模型及驗(yàn)證,1、課題背景及意義,,,1,3、聚焦平面能流密度測(cè)量與分析,4、接收器熱性能分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),5、碟式聚光集熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,6、結(jié)論與展望,1,1,1,1,接收器各項(xiàng)熱損失接收器形狀選擇和整體設(shè)計(jì)接收器傳熱模型和結(jié)構(gòu)參數(shù),1,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士

20、論文答辯,4-1,接收器各項(xiàng)熱損失,,接收器有效利用的能量,接收器截獲的聚焦太陽(yáng)能能流量,由于溫度升高引起的接收器組件儲(chǔ)熱增加量,接收器熱損失,,內(nèi)腔對(duì)外界的導(dǎo)熱熱損失,內(nèi)腔表面對(duì)聚焦太陽(yáng)能能流的反射熱損失,腔體采光口與外界的對(duì)流熱損失,內(nèi)腔表面通過(guò)采光口對(duì)外界的輻射熱損失,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,4-2,接收器各項(xiàng)熱損失,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,4-3,接收器形狀選擇和整體設(shè)計(jì),,,,,,,,圓柱形接收器幾何聚光比

21、計(jì)算示意圖,,,,,相對(duì)口徑n=1460/555=2.63，理想的圓柱形接收器幾何聚光比可以達(dá)到79821。,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,4-4,接收器形狀選擇和整體設(shè)計(jì),,,,,,,,球形接收器幾何聚光比計(jì)算示意圖,,,,,,,,相對(duì)口徑n=1460/555=2.63，理想的球形接收器幾何聚光比可以達(dá)到19469,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,4-5,接收器形狀選擇和整體設(shè)計(jì),,,,,,,,,,,,,,,接收器底部用反射

22、圓錐代替了吸熱管路，減少了傳統(tǒng)方式中吸熱面熱點(diǎn)，避免高溫對(duì)接收器的破壞，提高接收器效率和安全性能。,接收器采光口直徑、內(nèi)腔高度（即銅螺旋管高度）、內(nèi)腔直徑（即銅螺旋管內(nèi)徑）、底部反射圓錐高度等參數(shù)對(duì)接收器熱性能影響非常大，需要進(jìn)一步通過(guò)數(shù)值模擬方法分析確定。,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,4-6,接收器傳熱模型和結(jié)構(gòu)參數(shù),接收器網(wǎng)格劃分結(jié)果,幾何、能量聚光比與采光口直徑間關(guān)系,隨著采光口直徑的增大，采光口面積不斷增大，其

23、幾何聚光比不斷下降；同時(shí)，采光口面積的增大，采光口接收到聚光能流的平均能流密度不斷下降，其能量聚光比也不斷下降,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,4-7,接收器傳熱模型和結(jié)構(gòu)參數(shù),接收器網(wǎng)格劃分結(jié)果,兩條曲線的交點(diǎn)處采光口直徑為100mm，此處既可以使接收器截獲較多的能流，又可以獲得相對(duì)較高的平均能流密度,總能流、平均能流密度與采光口直徑間關(guān)系,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,4-8,接收器傳熱模型和結(jié)構(gòu)參數(shù),接收器網(wǎng)格劃分結(jié)果,系統(tǒng)

24、各項(xiàng)效率仿真結(jié)果,,，由兩方面的因素所決定，理想的接收器采光口直徑為100mm。,,2、鎧裝熱電偶傳熱模型及驗(yàn)證,1、課題背景及意義,,,1,3、聚焦平面能流密度測(cè)量與分析,4、接收器熱性能分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),5、碟式聚光集熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,6、結(jié)論與展望,1,1,1,1,實(shí)驗(yàn)設(shè)備及系統(tǒng)修正實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,1,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-1,實(shí)驗(yàn)設(shè)備及系統(tǒng),腔體外壁面熱電偶布置示意圖,二維跟蹤平臺(tái),BSRN3000輻照

25、監(jiān)測(cè)系統(tǒng),Fluke Ti55FT紅外熱成像儀,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-2,修正實(shí)驗(yàn),修正系數(shù)i值在1.02~1.06范圍內(nèi)變動(dòng)，形成了以1.04為中心上下波動(dòng)的分布狀況，故i值取1.04。,,太陽(yáng)能直接輻照度是時(shí)時(shí)變化的，研究流量、安裝位置等參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)熱性能影響時(shí)就會(huì)遇到困難。搭建了兩套一模一樣的碟式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，以1個(gè)為基準(zhǔn)系統(tǒng)，另1個(gè)為對(duì)比系統(tǒng)。,,修正系數(shù)為i,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-3,實(shí)驗(yàn)測(cè)

26、量與結(jié)果分析,,● 直接輻照度變化對(duì)系統(tǒng)熱性能影響,● 傳熱工質(zhì)流量變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,● 安裝位置變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,● 聚光器表面積灰對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,● 接收器加裝石英窗口對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-4,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,直接輻照度變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：實(shí)驗(yàn)中，基準(zhǔn)系統(tǒng)聚光器上未安裝接收器，而是設(shè)置了鎧裝熱電偶能流密度測(cè)量臺(tái)架。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能流密度測(cè)量臺(tái)架和接收器均安裝在2個(gè)聚

27、光器的法平面上，傳熱工質(zhì)流量采用定值5.56g/s（20L/h）。,直接輻照度影響實(shí)驗(yàn),,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-5,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,直接輻照度變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,直接輻照度對(duì)中心區(qū)域的能流密度影響較大，隨著直接輻照度的降低，中心區(qū)域的平均能流密度值下降很快。,采光口焦面上的能流密度分布有一定的偏差：高能流密度區(qū)域向右面傾斜，低能流密度區(qū)域向左上角傾斜。,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-6,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果

28、分析,,直接輻照度變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,直接輻照度對(duì)功率的影響,,總功率 等于直接輻照度乘以聚光器的開(kāi)口面積，其值和直接輻照度成正比。,,,采光口入射功率 、系統(tǒng)的有效輸出功率 均隨直接輻照度的增大而增大，增大的趨勢(shì)逐漸變緩，同時(shí)兩者差值不斷變大。,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-7,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,直接輻照度變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,直接輻照度對(duì)效率的影響,,,隨著直接輻照度的增加，三者都呈

29、下降趨勢(shì)。因?yàn)?= 是兩者共同作用的結(jié)果，故曲線斜率最陡，下降趨勢(shì)最明顯。,,聚光器效率 ，其中聚光器鏡面反射率 和接收器采光口的透過(guò)率 不會(huì)隨輻照度變化而變化，故影響 的主要因素就是 和 。,引起 變化的主要因素是QrL。 QrL的大小與內(nèi)壁面溫度有關(guān)，可以通過(guò)外壁面溫度間接反映其變化。,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-8,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與

30、結(jié)果分析,,直接輻照度變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,,,隨著輻照度的增加，其底部、中部、上部三個(gè)區(qū)域的溫度也在加大，由于底部溫度能流密度最強(qiáng)，其溫度最高。,,能流密度區(qū)域的傾斜，對(duì)接收器左右兩側(cè)的溫度分布的影響較大，會(huì)對(duì)傳熱過(guò)程造成不利影響。,腔體外壁面溫度變化,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-9,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,傳熱工質(zhì)流量變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,,,,實(shí)驗(yàn)說(shuō)明： 2個(gè)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，兩個(gè)接收器均安裝在法

31、平面。基準(zhǔn)系統(tǒng)質(zhì)量流量恒定為5.56g/s，對(duì)比系統(tǒng)質(zhì)量流量分別為2.78g/s、5.56g/s、8.33g/s、11.11g/s、13.89 g/s 、16.67g/s。每組流量的測(cè)量時(shí)間為10min，從一組流量調(diào)整為下一組流量時(shí)，中間調(diào)整時(shí)間間隔為5min。,除了利用3根內(nèi)腔溫度傳感器測(cè)量了內(nèi)腔（銅螺旋管）外側(cè)溫度外，還通過(guò)Fluke Ti55FT紅外熱成像儀拍攝了不同時(shí)刻、不同流量下兩個(gè)接收器腔體內(nèi)壁面溫度。,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)

32、博士論文答辯,5-10,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,傳熱工質(zhì)流量變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,,,,流量變化對(duì)系統(tǒng)輸出功率和熱效率的影響,,,,,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-11,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,傳熱工質(zhì)流量變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,,,,不同流量下腔體外壁面溫度,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-12,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,傳熱工質(zhì)流量變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,,,,接收器腔體內(nèi)壁面溫度分布紅外圖像,,內(nèi)蒙古工

33、業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-13,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,,,,,,,實(shí)驗(yàn)說(shuō)明： 基準(zhǔn)、對(duì)比系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，兩個(gè)系統(tǒng)均定流量運(yùn)行，其流量恒定為5.56g/s?；鶞?zhǔn)系統(tǒng)安裝在法平面（Z=555mm）上；對(duì)比系統(tǒng)接收器安裝位置，分別為Z=515mm、Z=525mm、Z=535mm、Z=545mm、Z=555mm、Z=565mm、Z=575mm、Z=585mm、Z=595mm，共9個(gè)平面。,接收器安裝位置變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,內(nèi)蒙古工業(yè)

34、大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-14,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,接收器安裝位置變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,,,,安裝位置變化對(duì)系統(tǒng)輸出功率和熱效率的影響,,,,,,,,,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-15,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,接收器安裝位置變化對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,,,,（+40）Z=595mm、681W/m2,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-16,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,,,,,,,實(shí)驗(yàn)說(shuō)明： 將聚光器放置

35、在自然環(huán)境中，讓大氣環(huán)境中的沙塵不斷沉降。其中一個(gè)聚光器沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何處理（以后稱之為積灰聚光器，對(duì)應(yīng)的集熱系統(tǒng)稱為積灰系統(tǒng)），而另一個(gè)聚光器每天收集其積灰情況，并對(duì)其灰塵粒度分布進(jìn)行測(cè)試，積灰18天后，對(duì)收集積灰的聚光器進(jìn)行了徹底清洗（以后稱之為潔凈聚光器，對(duì)應(yīng)的集熱系統(tǒng)稱之為潔凈系統(tǒng)），然后開(kāi)展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。接收器安裝在積灰聚光器和潔凈聚光器法平面上，傳熱工質(zhì)流量均為5.56g/s。,灰塵顆粒的半徑集中分布在70～110nm之間，其

36、中80nm左右分布最多，整體的粒度分布比較均勻。,聚光器表面積灰對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,灰塵的粒度分布狀況,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-17,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,聚光器表面積灰對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,,,,積灰實(shí)驗(yàn)中采光口能流密度分布云圖,法平面y=0直線上的能流密度分布,,,,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-18,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,聚光器表面積灰對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,,,,表面積灰對(duì)系統(tǒng)熱效率的影響,,,,,

37、表面積灰引起的聚光能流的發(fā)散，造成了聚光器效率的下降，但同時(shí)接收器接收發(fā)散的能流后，腔內(nèi)溫度得到了下降，接收器效率得到了一定幅度的提高，進(jìn)而使得系統(tǒng)熱效率的下降幅度減小。,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-19,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,接收器加裝石英窗口對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,,,,,,實(shí)驗(yàn)說(shuō)明： 對(duì)比系統(tǒng)接收器采光口上加裝石英玻璃窗口，用高溫玻璃膠固定密封，兩系統(tǒng)接收器均安裝在聚光器法平面上，傳熱工質(zhì)流量均為5.5

38、6g/s。,石英玻璃窗口及其透射率,,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,5-20,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與結(jié)果分析,,接收器加裝石英窗口對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響,,,,,,,,,加裝石英玻璃蓋板與無(wú)蓋板系統(tǒng)輸出功率對(duì)比,加裝石英窗口雖然降低了接收器的輻射熱損失，避免了其對(duì)流熱損失，但同時(shí)由于石英玻璃的透射率并非100%，無(wú)疑降低了采光口的透射率 ，使得入射光損失加大。,加裝玻璃窗口能否提高系統(tǒng)熱效率取決于加裝后系統(tǒng)的能量收益和損耗的差值，能量收益由加裝石英窗

39、口引起接收器的輻射熱損失、對(duì)流熱損失的減少量組成，能量損耗由透射率 的降低而引起的未能進(jìn)入接收器的入射能流量組成。,,2、鎧裝熱電偶傳熱模型及驗(yàn)證,1、課題背景及意義,,,1,3、聚焦平面能流密度測(cè)量與分析,4、接收器熱性能分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),5、碟式聚光集熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,6、結(jié)論與展望,1,1,1,1,結(jié)論展望,1,,,,結(jié) 論,●提出基于鎧裝熱電偶的能流密度測(cè)量方案，建立其傳熱模型，通過(guò)仿真分析得出熱電偶溫度與能流密度間的函數(shù)關(guān)系

40、，并對(duì)此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。,●設(shè)計(jì)了鎧裝熱電偶能流密度測(cè)量裝置，以聚光器理論焦點(diǎn)中心，對(duì)不同位置聚焦平面上的焦斑開(kāi)展測(cè)量，繪制焦斑溫度場(chǎng)云圖和能流密度分布3D映射圖，分析了焦斑特性。,●對(duì)接收器能量轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行仿真分析，以采光口總能流和平均能流密度最佳、系統(tǒng)熱效率最高為原則確定了采光口直徑，進(jìn)而確定了內(nèi)腔直徑、內(nèi)腔高度、反射圓錐高度等參數(shù)，加工制作了接收器。,●搭建兩套結(jié)構(gòu)參數(shù)一致的碟式聚光集熱系統(tǒng)，開(kāi)展集熱系統(tǒng)在實(shí)際環(huán)境中的熱性能

41、實(shí)驗(yàn)，研究了直接輻照度、傳熱工質(zhì)流量和接收器安裝位置等參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)熱效率的影響。,●開(kāi)展了碟式聚光器表面積灰的實(shí)驗(yàn)研究，分析了表面積灰對(duì)采光口能流密度分布的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到接收器效率、系統(tǒng)熱效率的變化情況。,內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文答辯,6-1,,,展 望,●影響系統(tǒng)熱性能的因素還有很多：接收器傾角、聚光器特性、風(fēng)速風(fēng)向以及空氣清潔度等，還需進(jìn)一步開(kāi)展理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。,●圓柱形螺旋管腔式接收器的熱效率還有提升的空間，