【摘 要】
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本文考虑呼和浩特地区风沙较大,地区纬度较高等特点,导致线性菲涅尔镜场积尘和接收器末端损失严重,从而影响系统的聚光集热特性,搭建线性菲涅尔聚光集热系统实验平台,结合数
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本文考虑呼和浩特地区风沙较大,地区纬度较高等特点,导致线性菲涅尔镜场积尘和接收器末端损失严重,从而影响系统的聚光集热特性,搭建线性菲涅尔聚光集热系统实验平台,结合数值模拟和实验测试,分析基于季节变化的系统集热性能及接收器末端损失变化,寻找末端损失补偿方法,对镜场结构进行优化,同时研究积尘引起的聚光集热特性下降的机理及规律。通过分析线性菲涅尔聚光原理,引入最大采光半角和镜场填充率对镜场结构进行优化,同时分析系统光学效率,结果表明:系统光学效率随接收器高度的增加呈递增趋势,接收器最大采光半角随接收器高度的增加而减小,镜场填充率为0.5和0.6均在光线入射角为30°时系统光学效率最低,接收器高度和镜场填充率决定了最大采光半角的大小,而系统光学效率随最大采光半角的增加而减小。搭建南北放置东西跟踪的线性菲涅尔系统,基于呼和浩特地区季节变化,实验测试了线性菲涅尔聚光集热系统瞬时集热效率,并分析季节变化引起的系统余弦损失,结果表明:6月份环境温度较高,系统理论集热效率为52%,12月份随环境温度的降低,系统理论集热效率降低为33%;夏季余弦损失低于5%,春秋季余弦损失平均为14%,冬季余弦损失平均为40%,因此搭建在严寒地区线性菲涅尔系统适用于夏季制冷或提供热源。由于季节变化引起的线性菲涅尔接收器末端损失,本文通过末端损失变化的机理,提出末端损失补偿方法对镜场结构进行优化,测试线性菲涅尔系统接收器末端损失补偿前后瞬时集热效率变化,并利用红外热像仪拍摄接收器聚光焦斑变化情况,结果表明:接收器末端损失补偿前,正午时刻末端损失长度最大,早晨和傍晚时刻末端损失长度最小;相同时间段内冬季末端损失长度最大,夏季末端损失长度最小,春季和秋季的末端损失长度相等;补偿后,正午时接收器末端损失长度最小,早上和傍晚末端损失长度最大,补偿效果良好,正午时系统瞬时集热效率提高40%。基于呼和浩特地区风沙较大的特点,积尘周期对一次镜场积尘形态和积尘密度产生影响,本文建立线性菲涅尔反射镜积尘数学模型,并通过实验测试几种积尘工况引起的镜元反射率及积尘密度变化,研究积尘对线性菲涅尔聚光集热系统热性能影响,结果表明:在无降雨自然积尘条件下,积尘两天、四天和十天工况下,系统瞬时集热效率分别降低14.8%、31.5%、44.18%,一次镜场反射率随积尘周期的增加而降低;降雨对积尘密度的影响较大,随积尘周期的增加,系统瞬时集热效率呈现递减趋势,积尘形态发生变化,对系统瞬时集热效率影响显著。
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