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

1、煤、石油、天然氣等化石能源的使用促進(jìn)了世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，但與此同時(shí)也引發(fā)了能源危機(jī)。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(yáng)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(shì)，受到了全世界范圍的關(guān)注。在太陽(yáng)能開發(fā)利用方面，太陽(yáng)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(yáng)能集熱系統(tǒng)成為了目前主要的研究目標(biāo)。
　　本文針對(duì)目前太陽(yáng)能集熱器中存在的不足，提出了一種新型太陽(yáng)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(duì)影響其集熱效率與循環(huán)效率的因素進(jìn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將理論數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得出了系統(tǒng)的集熱效率與循環(huán)效率。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　?。?）通過對(duì)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(shí)際集熱效率的表達(dá)式。同時(shí)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(jìn)出口

3、壓力差越大，循環(huán)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)臺(tái)，測(cè)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)測(cè)得當(dāng)腔體接收器的開口頂角為60°時(shí)達(dá)到最大集熱效率，此時(shí)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(shí)，集熱器的集熱效率最好。
　　（3）根據(jù)第二章的理論分析與實(shí)驗(yàn)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(jì)算出集熱器理論集熱效率為0.61，而實(shí)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(duì)外輻射和與空氣進(jìn)行的對(duì)流換熱。
　?。?）通過對(duì)循環(huán)效率實(shí)驗(yàn)的研究與分析，可以得出影響系統(tǒng)循環(huán)效率