fhr—cpc集熱器性能的理論研究

1、第 1 2 卷 第 J 期 10g1 年 1 月太 陽 能 學(xué) 報 ACT A EN ERGI A ESO LA RI SSI N I CA Vo1 ． I 2 ， No．IJ a n， I90IF HR - CP C集 熱器性 能 的理論研 究 何柏樹( 西北 第二 民族 學(xué)院 電子工程 系j摘 要 本 文對 F H R - C P C ~ 熱 器的性 能 進(jìn)行 了理 論研 究 ，建 立 了光學(xué) 和熱 學(xué)性 能分 析模 型 。采

2、 用 簡化 通道輻射理論培出了光學(xué)性能參救 n 。 和n的分析表達(dá)式，提 出了實(shí)際 ( 藏短) 集 熱器軎部件對 太 陽 輻射 吸 收的 計算 方 法， 建立 了集熱 器 內(nèi)部 侍熱模 型 ，導(dǎo) 出了光 學(xué)效 率 · 的分 析 式。 最 后 ，考 慮 鏡 面 作為一 個侍 熱 環(huán) 節(jié)建立 了 F HR — C P C 集熱 器 軎部 伴的 動志 能量 平衡 方程 。模 擬和 試 驗(yàn)表 明 ，本 文 建立的 F H R — C

3、 P C 集 熱 器性 能分 析模 型 基本 臺理 ，能 反 映集 熱 器 內(nèi)部的 光 學(xué)過 程和 熱擘 過程 。J ． M ．F H R — cP c 集熱 器由水平平 板接收 器和聚光非成像 復(fù)合 拋物面聚光 器 成 。 1 9 8 6 ~ G o r d o n ~ 3 J 給 出 了這種集熱器光學(xué)性 。能的解析式，并計算了當(dāng)x =土 { = -j ‘= 0時 的年收益 ，認(rèn)為 F HR - CP C集熱 器是傳 統(tǒng)平板集 熱

4、器 的有力競爭者 。文獻(xiàn) 已對這種 集熱器 的性能進(jìn)行 了 較詳細(xì) 的討 論，認(rèn)為 它能 廉價 地提供6 0一 l 0 0 ℃ 的熱水。本文討 論的 F H R — C P C 集熱 器如 圖 1所 示 。一、 F HR - C P C 集 熱器 的光 學(xué)性 能 一 『^ ～ 一 I 一圖 JF H R — C P C 集熱 器及 其截 短 M P AF N一理 想 F HR - C P CP A F 一 實(shí) 際F HR = C P

5、C許多文獻(xiàn)在研究 CP C的性 能 或模擬 太陽能熱水 系統(tǒng) 時， 大多采用較繁 的光線追蹤法 ( 數(shù) 值計 算法)對集熱器單 體 的光學(xué)參數(shù)進(jìn) 行數(shù)值計算。 有的則憑 經(jīng)驗(yàn)估計 ，或引用其他類似集 熱 器的光學(xué)參數(shù)，這就很不可 靠 了。A． Ra b l ~提出 的簡化通 道輻 射理 論是 計算CP C型集熱器光學(xué)性能 的有力工 具。已 經(jīng) 證 明，基于 鏡通道輻射理 論 的近似 分析法可以 代替光線追蹤法 ，進(jìn) 行CP C 型 集熱

6、器 的 光 學(xué) 性 能分析計 算，該方法大大地簡 化 了光線追蹤 法的計算，使模擬計 算集 熱器 的性 能 更 方 便 可 靠 。實(shí) 用的CP C 集 熱器大都是截短 的，參見圖 l 。 因此 必須考慮集熱器 的截短效 應(yīng)， 即：本 文l Q 8 8 年1 2 月2 5 日收到 維普資訊 http://www.cqvip.com l 期 何柏 錯 ： F H R — cP C集熱 器性 能的 理論 研究 7 7z c一 1 - F

7、器 ( 8r ≥ 詈 )㈨ )2 ． F H R — C P C 光 學(xué)參 數(shù)的計算 接收角函數(shù)F( 8 ) 定 義為光 孔上 的入射 光線能 到達(dá) 接收器 的份額 ，參 見圖 1 。由 圖可 知 ：8 ≤0 。 時 ， F( 8 ) = 10 > 0時 ， F( 8 ) =0當(dāng)0÷ 時 、F( 口 )l4 @ I c R ~ 2 C R + 1 — — ( 2 C R1OO ≤ 8 ≤ 80< 目 ≤ Ⅱ 一

8、0( 5)一 日< 8 < -K-目 ≥ A ． Ra b 1 挹 出 的 簡 化 通 道 輻 射 理 論 指 出 ：n = 魯 ，( 6 )(一 2 E ?) =( 魯 一n)()， = 士J古 ( 1n 0) d i n( 8 )式( 8 ) 中，0為曲線上任一 點(diǎn)的法線和該點(diǎn) 與該 曲線 的焦點(diǎn)的連線的夾角，即 對 于 AD段 ， 0= 0對 于 D段 ， 0=( 一 0+ 詈+)對 于F 段 ， 0= 古 ( 一