非均匀能流分布下高寒地区槽式聚光集热器特性研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151800113硕士学位论文（学生类别：全日制专业型硕士研究生学位类别：工程硕士领域名称：动力工程论文题目：非均匀能流分布下高寒地区槽式聚光集热器特性研究英文题目：CharacteristicResearchofParabolicTroughCollectorunderNonuniformEnergyFluxDensityinColdRegion学生姓名：常征导师姓名：闫素英教授吕瑞强高级工程师二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要高寒地区纬度高、环境温度低、降雨量小和风沙大，导致抛物槽聚光镜面积尘和集热器末端损失严重，从而影响集热器聚光

2、集热特性。本文基于高寒地区气候特点，以镜面积尘和集热器末端损失为切入点，对集热器聚光集热特性进行理论计算和模拟分析；搭建集热器焦面能流密度分布测量装置，并进行相关实验研究。主要研究工作包括以下几个方面：（1）基于抛物槽几何结构特性，应用降维计算方法，模拟分析了太阳入射角、吸收器轴线沿X、Y轴偏差距离及系统跟踪偏差对吸热管壁面能流密度分布的影响。结果表明，不同所对应的吸热管壁面能流密度分布及其峰值大小均不同；壁面能流密度峰值随吸收器轴线沿X轴偏差的增大而增大；随吸收器轴线沿Y轴正/负向偏差的增大，吸热管壁面能流密度分布不同；随系统跟踪偏差的增大，截断因子逐渐降低，当系统跟踪偏差大于10mr

3、ad时，壁面能流密度分布趋势呈现错位形态分布。（2）研究分析了镜面积尘对集热器聚光集热特性的影响。根据灰尘颗粒重叠模型，结合抛物槽聚光镜的几何结构，推导出考虑倾斜角的入射角模型。在此基础上，实验测得镜面相对反射率随倾斜角的变化值，并拟合出指示函数，得到反射率的降低值随倾斜角的变化规律。通过在聚光镜不同位置布置实验测点，研究由积尘引起镜面反射率的降低值随不同光线波长的变化规律。结果表明，三种不同位置测点镜面相对反射率降低值均随波长的增大呈先升高后降低。基于考虑倾斜角的入射角模型，建立镜面积尘的仿真模型，模拟镜面洁净、镜面半侧积尘、镜面全侧积尘和积尘厚度等不同积尘工况对集热器聚光效率

4、的影响，当镜面洁净时，集热器聚光效率为75.91%；当镜面全侧积尘时，集热器聚光效率为27.59%。（3）研究分析了东西轴向放置槽式太阳能集热器末端损失效应的影响因素，并寻找其补偿方法，通过理论分析与实验研究，结果表明：集热器末端损失率随集热器长度L的增大而减小，从上午至下午时间段内，集热器末端损失率随时间呈先减小后增大的趋势，并在当地正午时刻12:30达到最小值，此时模拟得到吸热管管周方向能流密度峰值为48.67kW/m2；同时，采用红外热成像仪，测得吸热管在末端损失发生位置处，沿吸热管长及管周方向温度降低的最大差值分别为11.3℃和9.4℃。在此基础上，本文依据集热器末端损失率与L的变化

5、规律，提出了加长吸热管法、末端设置平面反射镜法、倾斜法三种补偿方法，并分析各种补偿方法的效果。（4）本文针对镜面洁净工况和自然积尘25天两种工况，利用CCD相机和朗伯靶的非直接测量能流密度法，实验测试自然积尘对吸热管壁面能流密度分布的影响，并考虑各项偏差因素，对该测量系统不确定度进行分析。结果表明，在实际测试条件下，洁净工况太阳直射辐照度较后者工况下低50W/m2左右时，测试得到能流密度峰值较自然I内蒙古工业大学硕士学位论文积尘25天工况下高15kW/m2左右，可知，自然积尘降低了吸热管壁面能流密度，同时，得到系统相对标准不确定度约为5.39%。关键词：槽式太阳能集热器；能流密度分布；积尘；

6、末端损失；实验研究II内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractColdregionshavehighlatitude,lowambienttemperature,smallamountofrainfall,andmuchwindandsand,sodustdepositionofthemirrorandtheendlossofparabolictroughcollectorhavesignificantinfluenceonthermalcharacteristicofconcentrator.Basedontheclimatecharacteristicsofcoldregion,thi

7、spaperisthatdustaccumulationofthemirrorandendlossoftheparabolictroughcollectoraretocalculateandsimulatethecharacteristicresearchoftheparabolictroughcollector.Furthermore,aenergyfluxdensitydistributionmeasur