容积式吸热器光热转换性能研究

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1、密级：非密中图分类号：TK513硕士学位论文容积式吸热器光热转换性能研究研究生：刘永祥导师：彭佑多学科：机械工程研究方向：机电系统动力学与控制2018年05月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterStudyonthephotothermalconversionperformanceofvolumetricreceiverCandidate：YongxiangLiuSupervisorandRank：ProfessorYouduoPeng容积式吸热器光热转换性能研究学位类型学术型学位作者姓

2、名刘永祥作者学号15010301011学科（专业学位类别)机械工程研究方向（专业领域)机电系统动力学与控制导师姓名及职称彭佑多教授实践导师姓名及职称所在学院机电工程学院论文提交日期2018年05月28日学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权

3、使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日湖南科技大学硕士学位论文摘要吸热器是碟式太阳能光热利用系统中的重要组成部分，其光热转换性能对太阳能热发电系统的效率有直接影响。本文以提高系统发电效率为目标，提出一种新型容积式吸热

4、器并以吸热器得到足够多的辐射能量为出发点，从光学角度切入研究其结构参数对光学效率的影响。所作研究将极大程度的提高吸热器换热性能和系统的光热转换效率。具体研究内容有：首先，基于SolidWorks软件建立了吸热器物理及光学模型，利用Optisworks光学仿真软件，模拟分析了吸热器不同结构参数对吸热器的腔体内壁能流分布及其光学效率的影响。研究结果表明：圆柱孔长度是吸热器内壁能流峰值的主要决定因素，而对吸热器光学效率无显著影响；吸热器内壁的能流值随着圆柱孔间距的增大而逐渐减小；中心圆柱孔内壁的能流值随着圆柱孔半径增大而逐渐增

5、大，而第二层圆柱孔内壁的能流值则随着圆柱孔半径增大而逐渐减小；吸热器光学效率随着圆柱孔间距增大逐渐减小，随着圆柱孔半径增大而逐渐增大。综合分析各结构参数对吸热器内壁能流分布及光学效率的影响，得到吸热器主要结构参数分别为：圆柱孔长度为0.11m、圆柱孔间距为0.035m、圆柱孔半径0.015m。研究结果对优化腔式吸热器结构、提高光学效率及改善腔体表面能流分布等有积极意义。其次，采用Fluent流体仿真软件，基于非局域热平衡传热假设，建立了多孔介质吸热器的稳态传热模型，研究了吸热器入口流体流速、多孔介质厚度、孔隙率、平均粒子

6、直径及多孔介质的有效传热系数对热器温度分布的影响。研究结果表明：多孔介质吸热器的吸热体在接受太阳辐射能时其表面温度上升，通过其自身的导热将热量传输到多孔介质内部；当流体通过多孔介质的孔隙时发生对流换热，多孔介质温度逐渐下降，流体温度逐渐上升，直至多孔介质与流体达到温度平衡。最后，搭建碟式太阳能容积式吸热器光热转换试验平台，开展了碟式抛物面聚光器的焦平面能流分布测定，研究了不同的多孔介质材料作为吸热器的吸热体对吸热器温度分布及换热效率的影响。研究结果表明，选取单层碳化硅多孔介质材料作为吸热器的吸热体时，其热转换效率最高，可

7、达46.6%。关键字：容积式吸热器；光学效率；多孔介质；对流换热I湖南科技大学硕士学位论文ABSTRACTTheisanimportantpartofthesolarthermalutilizationsystem.Itsthermalconversionperformancehasadirectimpactontheefficiencyofsolarthermalpowergenerationsystem.Thispaperaimstoimprovetheefficiencyofthesystem.Anewtypeof

8、volumetricreceiverisproposedandbaseonsufficientradiationenergyisobtained.Theeffectofstructuralparametersonopticalefficiencyisstudiedfromopticalangle.Theresearc