新型太阳能膜蒸馏聚光系统光学性能模拟研究

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1、第33卷第9期可再生能源Vol.33No.92015年9月RenewableEnergyResourcesSept.2015新型太阳能膜蒸馏聚光系统光学性能模拟研究111，21张欣宇，杨晓宏，田瑞，王志敏（1.内蒙古工业大学能源与动力工程学院，内蒙古呼和浩特010051；2.内蒙古可再生能源重点实验室，内蒙古呼和浩特010051）摘要：利用太阳能加热膜蒸馏淡化苦咸水是一项水处理技术。通过对完整型抛物面聚光系统进行改造，建立了完整型抛物面、非完整型抛物面、同轴非完整型平移抛物面3种聚光系统的三维模型。利用蒙特卡洛光线追踪法模拟了经聚

2、光器聚光在平板接收器表面的辐射强度分布。与其它两种聚光系统比较，同轴非完整型平移聚光系统的辐射强度峰值最小、均值相差不大，且有两条光斑，光学效率达到85.65％。针对同轴非完整型平移聚光系统，在焦距不变的条件下，模拟环数和边缘角对接收器表面辐射强度分布的影响，从而得出辐射强度随环数和边缘角的变化规律。关键词：太阳能；平板接收器；辐射强度；膜蒸馏中图分类号：TK51文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）09-1287-07DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.09.0020前言失较大

3、、热效率不高。膜蒸馏技术具有传质速度快、运行温度低、可本文设计了一种双平面受热接收太阳能的在常压下利用低品位能源等特点，被广泛地应用同轴非完整型抛物面聚光系统，将收集的热量[1]在苦咸水淡化处理工艺中。利用太阳能低品位用于中空纤维膜蒸馏系统，可实现低温太阳能能源驱动膜蒸馏系统淡化苦咸水是一项可行的水膜蒸馏的小型化。采用蒙特卡洛光线追踪法处理技术。目前，太阳能膜蒸馏系统存在着太阳能（MCRT）对光线进行追踪计算，结合抛物面的集热系统与膜蒸馏系统耦合匹配及系统最优设计光学特性，对完整型抛物面、非完整型抛物面、[2]，[3]等问题。同轴

4、非完整型平移抛物面等3种聚光系统进行在太阳能膜蒸馏聚光集热系统中，聚光器作光学模拟，分析接收器表面的辐射强度峰值和为光热转换过程的核心部件，其结构尺寸、跟踪精均值，比较其光斑大小和数量。在同轴非完整型度、安装方式直接影响聚光效果。传统的槽式抛平移抛物面聚光系统焦距不变的条件下，模拟物面聚光器是应用最广泛、最成熟的聚光产品之不同边缘角的接收器表面辐射强度分布，探讨[4]一,它是以单一的抛物线，经二维平移或三维辐射强度随边缘角变化的规律。[5]旋转获得，常见的有抛物面槽式聚光器和抛物1太阳能膜蒸馏苦咸水淡化系统面蝶式聚光器。目前，抛物

5、面槽式太阳能聚光系统太阳能直接加热膜蒸馏海水淡化系统如图存在辐射热流分布不均匀，局部温度过高，光热转1所示。该系统主要由太阳能集热系统、水箱、换效率低等问题。泵、苦咸水预处理器、中空纤维膜组件、预热器、在太阳能聚光集热系统中，太阳能平板接收产水接收瓶等设备组成。未处理的苦咸水经过器是实现光热转换并将热量传递给工作流体的关预热器被通过中空纤维孔后的淡水加热。在泵键部件。平板接收器结构简单、造价低廉、安装方的作用下，预热的苦咸水、未通过膜孔的苦咸水便，广泛应用于太阳能中低温领域。与其它集热系及水箱的水一起进入平板接收器。经抛物面聚统相

6、比，传统的抛物面槽式太阳集热系统的热损光后太阳能汇聚于平板接收器的下表面，接收收稿日期：2014-12-13。基金项目：国家自然科学基金资助项目（51266007）；内蒙古重大基础研究开放课题（20130902）；内蒙古工业大学科学研究项目（X201313）。作者简介：张欣宇（1981-），女，蒙古族，内蒙古赤峰人，硕士研究生，研究方向为太阳能热利用技术。E-mail：1031491945@qq.com通讯作者：杨晓宏（1971-），女，内蒙古呼和浩特人，教授，主要从事膜分离及新能源利用技术研究。E-mail：YXH1109@16

7、3.com·1287·可再生能源2015，33（9）太阳辐射热端流量计温度表苦咸水于处理器→预热器太阳能集热系统水箱→苦咸水冷端流量计真空表→↓水泵中空纤维膜组件真空泵←←接水瓶图1太阳能膜蒸馏苦咸水淡化系统图Fig.1Diagramofsolarheatingmembranedistillationforbrackishwaterdesalination器的上表面直接受到太阳光的照射。双面受热式中：W′为由抛物面聚光器形成的理想太阳像的的平板接收器将太阳能转化为热能来加热苦咸尺寸；Rn为抛物面反射镜边缘上一点与镜面焦点水。加热后

8、的苦咸水具备膜蒸馏的条件，进入中之间的距离；δs为太阳圆面半张角，δs=16′。空纤维膜组件进行膜蒸馏过程，实现盐、水分图2中φ为抛物面聚光器的采光半角；R为离，蒸汽通过膜孔后冷凝，在真空泵的作用下收抛物面反射镜面上一点到镜面焦点的距离。分析集在产