【摘 要】
:
太阳能作为一种可再生能源,有望在不牺牲我们生活水平的情况下替代传统的化石燃料。为了更高效的利用这一自然资源,太阳能聚光器被广泛的采用在太阳能热收集系统中作为提高系统集热温度和热收集效率的一种有效手段。复合抛物聚光器(CPC:Compound parabolic concentrator)是一种典型的非成像型聚光器,它具有系统稳定性好,光学效率高和可接收角范围大等优点。然而现有的CPC也存在一些问题
论文部分内容阅读
太阳能作为一种可再生能源,有望在不牺牲我们生活水平的情况下替代传统的化石燃料。为了更高效的利用这一自然资源,太阳能聚光器被广泛的采用在太阳能热收集系统中作为提高系统集热温度和热收集效率的一种有效手段。复合抛物聚光器(CPC:Compound parabolic concentrator)是一种典型的非成像型聚光器,它具有系统稳定性好,光学效率高和可接收角范围大等优点。然而现有的CPC也存在一些问题亟待解决,制作CPC反射面所用的大曲率柱面玻璃反射镜在制造、运输和维护方面成本比较高,并且CPC吸收体表面的能量密度分布的极度不均匀。针对现有CPC存在的缺陷与不足,本文提出了一种复合抛物聚光器的平面化优化设计方法,旨在进一步优化CPC的聚能特性,降低综合成本,并对聚光器的各项关键聚能特性指标进行了比较研究。本文获得的研究结果可以为聚光器的优化设计以及太阳能的高效利用提供一定的技术参考。本文的研究工作及其结果主要包括以下几个方面:1.提出了一种基于蒙特卡罗光线追迹法的复合抛物聚光器平面化优化设计方法。进一步地,将多目标遗传算法与该设计方法相结合,并在此基础上对一个具有新颖结构的CPC进行了优化设计,构建了平板反射面总数各不相同的5个复合平面聚光器(M-CPC:Multi-sectioned compound parabolic concentrator)优化模型。通过将多目标遗传算法引入M-CPC的优化设计,减少了大量的无意义选型计算,提高了计算的效率和准确性。结合增材制造技术制作了一个M-CPC实体模型,搭建了一个激光验证实验平台。实验结果和计算结果之间显示出良好的一致性,最大误差为2.20mm,平均误差为0.74 mm。2.对文中构建的M-CPC在优化前后的聚能特性分别开展了计算,计算结果表明所有经过优化设计的M-CPC都能显著地提高吸收体上能量密度分布的均匀性,并在保持高光学效率的同时降低峰值能量密度。在太阳辐射能量密度为1000W/m2的典型辐照条件下,M-CPC5可以将平均能量不均匀系数从2.23降低到0.92,同时其峰值能量密度可以由46002.67 W/m2降低至2851.00 W/m2。平面化反射结构结构避免了极高能光斑的产生,保护了玻璃吸收体和其表面的选择性吸收涂层。3.对M-CPC在优化前后的可接收角数值求解与分析,结果表明CPC经过平面化优化设计之后,其可接收角范围均得到了扩大,M-CPC5的可接收角范围由标准CPC的-60°至60°扩大到了-70°至+70°。并且,M-CPC能够解决传统CPC吸收体表面能量密度突然变化而引起的吸收体骤冷骤热的问题,提高了系统的稳定性,降低了聚光系统对天空辐射条件的选择性。并且随着M-CPC平板反射面总数的增加,聚光器的各项聚能特性将会越来越接近与作为基础模型的CPC。4.基于地区典型气象年数据和太阳辐射直散分离理论,构建了聚光器的年度采光量数学模型,通过计算得到了5个M-CPC的年度平均可收集太阳辐射能量的数值解。结果表明,在光口沿南北方向水平放置的采光条件下,M-CPC5的年采光总量为3717.86 MJ/m2,年采光效率为68.39%。采集的总辐射能中有约43.6%来自天空散辐射,这有助于帮助CPC抵御天气的瞬态变化。水平放置避免了聚光器底部的支架结构,维持聚光器的低重心。并且避免了聚光器之间的遮荫问题,提升了场地的利用率。
其他文献
聚丙烯(polypropylene,PP)作为三大塑料之一,它的微孔发泡材料与普通聚丙烯材料相比,具有轻质、兼具刚性和韧性、耐高温等独特优点,被广泛的应用于各个方面。但是,普通PP微孔发泡材料往往泡孔较大,且存在发泡工艺复杂、设备昂贵等缺点。因此,本文采用碳酸氢钠(NaHCO3)作为发泡剂,利用反溶剂重结晶法减小其尺寸,以提高发泡效率并降低PP泡孔的尺寸。同时为了提升PP的阻燃性能,选用哌嗪改性聚
光催化降解技术的应用,依赖于具有高载流子迁移率且具有合带隙结构的材料。黑磷是一种新兴的二维单元素材料,有着类石墨烯的层状结构,其带隙分布于0.3 eV到2.0 eV之间,且带隙会随着层数大小而调节,使其能够吸收可见光到近红外光,还有着1000 cm2V-1s-1的超高载流子迁移。除此以外,黑磷还具有大比表面积和良好的生物相容性等特性。因此,将黑磷烯作为光催化剂在光催化降解方面表现出了广阔的应用前景
金属铜作为一种现代工程材料,为社会进步作出了不可磨灭的贡献,但在其生产过程中排放大量的铜渣(CS),铜渣堆积不仅占用大量土地资源,造成资源浪费,同时带来严重的重金属污染问题。为此,国家提出相关环境治理政策,要求重金属污染治理的方法向着环境友好型发展转变。因此,研究开发铜渣绿色环保的综合利用方法和治理重金属污染的方法尤为重要。本文针对铜渣的综合利用和废水中的重金属Cr(Ⅵ)的处理,提出利用碱激发剂激
过量的二氧化碳(CO2)排放对人类和生态圈造成的危害巨大,控制大气中的CO2浓度刻不容缓,降低CO2浓度最有效的方法之一是利用固体吸附剂进行吸附。针对氧化镁(MgO)存在CO2理论吸附容量高、实际吸附容量低和吸附速率慢的问题。本论文利用金属-有机框架材料(MOFs)中金属节点和配体可调控的特点,MOFs在原位碳化过程中易形成金属氧化物和碳的复合材料,从MOFs衍生材料和掺杂金属氧化物改性提高MgO
煤、石油和天然气等传统化石能源消费导致主要人为温室气体(CO2)含量剧增,并引发了一系列全球性气候和环境问题。因此,CO2减排迫在眉睫。目前,利用深部煤层封存CO2能有效减排主要人为温室气体CO2。在适宜封存的煤储层深度范围内,CO2流体属于超临界流体(scCO2)。基于scCO2流体特性和煤体特征,scCO2与煤体之间存在复杂的流-固作用关系,且该关系将改变煤体孔隙结构和表面化学性质,进而影响目
二氧化碳(CO2)不仅是主要的温室气体,同时也是储量丰富、易得、低成本的碳资源。随着全球资源日益短缺,将CO2转化为高附加值的化工产品在绿色化学领域成为研究重点。其中将CO2和环氧化物开环加成合成环状碳酸酯是CO2资源化利用的一条重要途径。然而,由于CO2的惰性,因此迫切需要开发高性能的催化剂促进CO2的开环加成反应。β-二酮化合物因其结构互变的存在使得其结构中含有羰基、羟基、不饱和双键、α-位置
Catalan数、Delannoy数和Schr(?)der数在数论、组合学中既有许多重要的应用,又是当代研究的热点问题之一.到目前为止,许多数学家对它们的各种性质进行了广泛而深入的研究,并发现Catalan数、Delannoy数和Schr(?)der数的一些算术等式在研究格路的计数问题和一些同余话题中扮有重要的作用.鉴于此,本文运用了一些分析的方法和组合的技巧,建立了与这三个数相关的几个恒等式.文
空气、水、医疗器械和植入器件的细菌污染是人类健康和环境的主要问题,因此,安全、高效抗菌材料的研究具有重要意义。Zn O系的无机抗菌剂具有稳定性高、抗菌效果显著、生物相容性好等优点,选择一个合适的载体将其进行负载,可以增强其灭菌能力,实现更大的经济价值。玉米秸穰(CSC)是一种低成本、可持续的生物质资源,含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素等高分子组分,有利于锌离子的吸附及原位生长,反应可及度较高的薄
液滴是由自由界面部分或完全包围形成的小液体空间,因其灵活性和独立性的优点,在多个领域得到广泛应用,包括工业、农业、化学工程和最近热门的生物医学领域。特别是在生物医学领域,液滴可以作为诊断和药物筛选的小型生物反应器。而液体弹珠是液滴中特殊的一种,它是一种被疏水性粉末包裹的液滴。当它在固体壁面或者液体表面时,会与固体基质或者液面形成一层空气垫,阻止了内外液体的接触。基于这些特征,液体弹珠在制药、医疗、
肺炎支原体(Mycoplasma pneumoniae,MP)是儿童和青少年社区获得性肺炎(community acquired pneumonia,CAP)的主要病原体之一,可导致急性上、下呼吸道炎症以及肺外并发症。大环内酯类抗生素是治疗儿童支原体感染的首选药物。但随着大环内酯类抗生素的滥用,导致MP对此类药物的耐药率在亚洲地区高达90%;随之大量出现的MP耐药菌株,给临床治疗带来挑战,但目前仍