基于TracePro新型复合抛物面集热器的光学性能研究-论文.pdf

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1、基于TracePro新型复合抛物面集热器的光学性能研究华电电力科学研究院能源利用系统技术部■李开创余雷郑立军赵明德摘要：基于复合抛物面集热器(cPc)的发展现状，设计了新型cPc内聚光集热器，并给出完整的曲线方程式。对新型cPc集热器建立了光学分解模型，并运用蒙特·卡罗法结合光学分析软件TracePr0对新型复合抛物面集热器的光学性能进行了研究。通过分析计算给出了集热器在不同径向直射入射角和不同轴向直射入射角下的光学效率，并得出集热散射光的光学效率为0．46637。对设计的集热器进行东西和南北布置方式

2、的对比研究，给出不同季节所采用合理的布置形式。关键词：OPC；TracePr0软件；光学分解模型；光线追踪；光学效率；布置方式0引言运用光学分析软件TracePro，通过光线追踪法分复合抛物聚光器(CompoundParabolicConcentrator,析不同轴向和径向入射角下的光学效率。cpc)，是一种新型的太阳能集热装置，是一种非成像低聚焦度的聚光器，根据边缘光线原理设1新型CPC的结构设计计，可将给定接收角范围内的入射光线按照理新型CPC型太阳能集热器是以圆柱形为接想的聚光比收集到接收器上。

3、由于它有较大的收器，如图1所示。它的反射面由3部分组成，接收角，故在运行时不需要连续跟踪太阳，只其中OA段是为了减少间隙存在造成漏光损失的须根据接收角的大小和收集阳光的小时数，每折线段(左右两个折线组成了V型)，AS段是圆年定期调整倾角若干次就可有效地工作。它可柱体的渐开线，SL段是抛物线。下面给出右半达到的聚光比一般在l0以内，当聚光比小于3支曲线的参数方程。时，可做成固定式CPC。CPC不但能接收直射JIJ，太阳辐射，还能很好地接收散射辐射，对聚光r面型加工精度要求较弱，又无需跟踪机构，有广泛的应

4、用前景¨J。国内外对CPC型集热器的研究力度在不断抛物加大，但大部分的研究主要针对外聚光式集热器，＼＼＼_文献[2—5]对内聚光式进行了研究。／一本文在基于传统CPC的基础上，设计出了开醣＼＼一一种可减少漏光损失的新V型CPC内聚光集热器。针对所设计的新型集热器建立光学分解模型，图1CPC中的抛物线方程示意图～——SOLARENERGY07／2014折线OA段的方程为：)=—3rr／4+(o-cos(~,-r厂r／4)雨kX』0≤≤，csi-，csic。其中：所没计的集热器的开口宽度为107．8n-h

5、-fl，单位长度反光板面积为0．13871Tll'rl2，实际聚光比为tan(2)≤七≤————_tan2sin-l(面／'c)]1．226，截断比为O．494，吸收体的长度为1600其中．～。mm。=~—(g／l'c)2—+2g／Fc，．叫a(豁)-s()]2新型CPC集热器光学分解模型集热器的光学效率为吸热体表面吸收的太阳辐射能与进入集热器采光面上的太阳辐射能的比{【～．．、l≤≤丌／2+(2)值。本文把直射入射的太阳光分解为集热器轴向rc【cos斗Sl1"1(／9)抛物线段SL的方程为：和径向两

6、个方向进行研究，集热器光学效率的计算式为：{ly=-r‘~(ciogo+Iqpc。)sirgo)丌／2≤≤3丌／2一oo(3)r]opt=(Ibr]bI

7、I+，h，77a)／(，b+，d)式中：七为折线的斜率；，c为圆柱吸热体的半，径，mm；为给定角度变量参数，(。)；为新其中：77为集热器的光学效率；为直射光V型CPC的缝隙，irln3；为角度变量参数，(。)；的辐射量，W／m；，7为直射光的光学效率；77，为CPC的接受半角，(。)。为直射光在轴向的光学效率；，7为直射光在径向的光学效率；，为直射

8、光在轴向分量，W／m。；本文设计的新V型内聚光CPC集热器的接为直射光在径向分量，w／；77为散射光的光收半角为45。，吸收体的外径为28mm，玻璃管的内径为110mm，如图2所示。学效率；为散射光的辐射量，W／m。图2新V型内聚光集热管剖面不意图所设计新型CPC内聚光集热器各段的具体图3入射角在集热面上的分解图曲线方程分别如下：直线段：建立如图3所示的直射入射光分解模型，其y=O．65x一21．540≤≤5．17(4)中箭头线是入射的直射光；0为人射角(直射入圆的渐开线：射光与接收面法线的夹角)；／

9、7为接收面的法向方4(sic。)15≤135。(5)向；七为集热器的轴向方向；，为集热器的径向方l一14(cosO+~osintp)向；0为入射光在轴向和法向组成面上的投影与抛物线：刀的夹角，(。)；0为人射光在径向和法向组成面J4(sint#)c。)135≤225。(6上的投影与刀的夹角，(。)；。为人射光在集热l一14(co~+I((o)sirgo)器平面上的投影与集热器轴向的夹角，(。)。⋯一--@一一一SOLARENERGY07／2014以上是针