基于MCRT和FVM方法的碟式太阳能聚光集热系统的光热转换特性数值研究.pdf

中文摘要 摘 要 人类社会进入工业革命之后，大量使用化石能源，然而由于化石能源有限和 消耗过程污染，能源危机和环境污染成为限制人类社会发展的关键因素。在替代 能源中太阳能拥有储量丰富、分布广泛、对环境友好等优点，故太阳能利用被视 为解决以上两个问题的有效途径之一。目前，太阳能热动力发电 （包括塔式、槽 式、碟式、线性菲涅尔式等）是太阳能利用的主要形式之一，其中碟式热动力发 PDC 电的发电效率最高，故本文选取碟式聚光集热系统 （ ）为研究对象，研究其 光热转换特性。 本文以带有一个旋转抛物面聚光器和一个圆柱形腔式吸热器的PDC系统作为 研究对象，建立了其光热转换过程对应的物理数学模型。这个模型包括两部分： 蒙特卡洛光线追踪法(MCRT)模拟PDC 系统的光学特性，即得到吸热器壁面吸收的 太阳能热流密度分布及光学效率；有限体积法(FVM)通过将MCRT 中获得壁面热 ∆f θ 流耦合为内热源，模拟吸热器传热性能。并且研究吸热器位置 、聚光器边缘角 rim 和壁面太阳能吸收率α、集热工质(HTF)入口质量流量m、吸热器倾角θ 和壁面红 til ε 外发射率 对系统光热转换性能的影响。研究结果表明： ∆f θ ε PDC ①在合理范围内尽可能的降低 、 和 ，可分别提升 系统光热转换效 rim 率η 2.22%、2.4%和1.8%，提升光热转换热㶲效率η 0.84%、0.95%和0.8%。 p-t ex m η 6.2% η 19.64% ②在合理范围内，尽可能降低 ，虽然 降低 ，但能使 升高 。 p-t ex m PDC 因此从热㶲效率来看，尽可能降低 ，可提升 系统光热转换性能。 ③壁面热流密度和η 随α增大而明显升高；α的增大，虽然会使η 稍微降低， opt the T η η α 0.1 η η 8.28% 3.21% 但是 、 和 会明显升高， 每提升 ，能使 和 升高 和 ； out p-t ex p-t ex α PDC 故提高壁面太阳能吸收率 能明显提升 系统的光热转换性能。 关键词：PDC 系统，MCRT，光热转换，热损失，效率 I 英文摘要 A