自然循環(huán)型菲涅爾聚光熱水系統(tǒng)的設(shè)計及性能研究.pdf

1、煤、石油、天然氣等化石能源的使用促進了世界經(jīng)濟的迅速發(fā)展，但與此同時也引發(fā)了能源危機。因此開發(fā)利用可再生資源、走可持續(xù)發(fā)展道路是當(dāng)今能源發(fā)展的重中之重。太陽能作為可再生能源中分布最廣泛的能源之一，以清潔、無污染，用之不竭的優(yōu)勢，受到了全世界范圍的關(guān)注。在太陽能開發(fā)利用方面，太陽能熱水器成為了主要應(yīng)用產(chǎn)品。而生產(chǎn)出低成本，高效率的太陽能集熱系統(tǒng)成為了目前主要的研究目標(biāo)。
　　本文針對目前太陽能集熱器中存在的不足，提出了一種新型太陽能

2、聚光熱水系統(tǒng)，采用將菲涅爾透鏡聚光集熱系統(tǒng)與自然循環(huán)熱水系統(tǒng)相結(jié)合，對影響其集熱效率與循環(huán)效率的因素進行了理論分析，搭建了自然循環(huán)型菲涅爾聚光熱水系統(tǒng)實驗平臺，將理論數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，優(yōu)化了實驗設(shè)計，得出了系統(tǒng)的集熱效率與循環(huán)效率。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　（1）通過對自然循環(huán)型熱水系統(tǒng)理論分析，得出了集熱器總熱損系數(shù)，效率因子和實際集熱效率的表達(dá)式。同時得出了熱虹吸壓頭與位置函數(shù)的表達(dá)式，由這些表達(dá)式得出集熱器進出口

3、壓力差越大，循環(huán)驅(qū)動力就越大。由此分析出適當(dāng)?shù)卦黾酉到y(tǒng)循環(huán)回路高度或減小管路的流動阻力系數(shù)可有效增加系統(tǒng)的循環(huán)流量，從而增加系統(tǒng)的熱效率。
　?。?）通過搭建自然循環(huán)型菲涅爾聚光熱水系統(tǒng)實驗臺，測定了系統(tǒng)的集熱效率，并且分析了影響集熱效率的主要因素，如入射光偏角與腔體接收器的開口角度等。集熱器的集熱效率隨入射光的偏角的增大而減小，要保證集熱效率達(dá)到最大，應(yīng)盡量使得入射偏角為0°，此時集熱器集熱效率為0.91。集熱器的效率因子隨腔體

4、接收器的開口角度的增大呈先增大后減小狀態(tài)。根據(jù)實驗中采用的菲涅爾透鏡的尺寸大小及焦距，得出光線經(jīng)聚光器后形成光線軌跡的角度為60°，實驗測得當(dāng)腔體接收器的開口頂角為60°時達(dá)到最大集熱效率，此時集熱效率為0.9，因此當(dāng)腔體接收器的開口角度與光線經(jīng)聚光器后形成光線軌跡的角度保持一致時，集熱器的集熱效率最好。
　?。?）根據(jù)第二章的理論分析與實驗研究，得出腔體接收器的空曬性能參數(shù)為0.51（m2·℃）/W，并且推導(dǎo)出系統(tǒng)集熱效率因子與

5、總熱損系數(shù)的函數(shù)關(guān)系式。系統(tǒng)集熱效率因子隨總熱損系數(shù)的增大而減小。因此為了提高聚光集熱系統(tǒng)的集熱性能，必須減小系統(tǒng)的總熱損系數(shù)，理想的集熱效率因子在0.7左右，從而將總熱損系數(shù)控制在350 W/(m2·K)以下最為合適。根據(jù)其函數(shù)關(guān)系式，計算出集熱器理論集熱效率為0.61，而實際集熱效率始終小于理論集熱效率，造成此結(jié)果的因素是集熱器對外輻射和與空氣進行的對流換熱。
　　（4）通過對循環(huán)效率實驗的研究與分析，可以得出影響系統(tǒng)循環(huán)效率