论文部分内容阅读
二次反射塔式太阳能系统作为太阳能热利用技术中的新型聚光集热系统,具有光热转换效率高和初投资成本低的特点,在中高温热利用领域具有很大的潜力。本文提出了一种应用于二次反射塔式太阳能系统的多级光热吸储单元,围绕多级光热吸储单元开展了参数化研究,并对其长周期循环下的整体热性能进行了分析。主要的研究内容和结论如下:（1）提出了多级光热吸储单元的数值运算方法,基于热力学第一定律和第二定律定义了多级光热吸储单元的热性能评价参数,总结了吸收效率、储热效率、放热效率、总储放热效率、太阳能-（火用）转换比和平均出口空气温度的表达式。（2）建立了吸热单元泡沫陶瓷层的数值传热模型,基于Matlab软件平台,对其开展了参数化研究。结果表明:泡沫陶瓷孔隙等效直径和孔隙率对泡沫陶瓷层的热性能影响较小,当孔隙等效直径由0.27 mm降至0.03 mm,吸收效率仅增加0.8%,当孔隙率由0.8降至0.4,吸收效率仅增加0.2%;空气质量流量对泡沫陶瓷层的热性能影响最大,当空气质量流量由0.9 kg/s降至0.3 kg/s,吸收效率由83.1%降至62.9%,不同质量流量下的出口高温空气作为岩石层储热阶段的进口边界条件。（3）建立了储热单元岩石层的数值传热模型,基于Matlab软件平台,分析了岩石层在长周期循环下的瞬态热性能表现,并对其开展了参数化研究。结果表明:储热单元岩石层在30次循环结束后达到稳态;当岩石孔隙率由0.8降至0.4,储热效率增加2.7%,放热效率降低4.9%,总储放热效率降低2.3%,太阳能-（火用）转换比降低0.02,平均出口空气温度降低17 K;当岩石颗粒直径由0.09 m降至0.03 m,储热效率增加1.9%,放热效率增加1.5%,总储放热效率增加3.2%,太阳能-（火用）转换比增加0.02,平均出口空气温度增加25 K;空气质量流量在0.3 kg/s～0.9 kg/s变化范围内,当空气质量流量为0.6 kg/s时,储热单元岩石层的太阳能-（火用）转换比达到峰值0.49。（4）在吸热单元和储热单元的参数化研究基础上,对多级光热吸储单元的整体热性能进行分析,并与单级光热吸储单元和其他使用单罐填充床储热的光热单元作热性能对比。结果表明:参数化研究基础上,多级光热吸储单元在30次循环结束后的吸收效率为79.1%,储热效率为99%,放热效率为95.3%,总储放热效率为94.4%,太阳能-（火用）转换比为0.49,平均出口空气温度为887 K;相比较于单级光热吸储单元,多级光热吸储单元利用泡沫陶瓷层将填充床顶部的固相温度降低了392 K,具有更高的吸收效率、太阳能-（火用）转换比和平均出口空气温度;当平均出口空气温度均为822 K左右时,相比于其他同样使用单罐填充床储热的光热单元,多级光热吸储单元具有更优越的热性能表现。