固定焦點(diǎn)聚光相變儲(chǔ)能裝置熱性能實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，化石能源大量開發(fā)和利用，造成了嚴(yán)重的大氣和其他類型環(huán)境污染和生態(tài)破壞?？稍偕茉吹拈_發(fā)和使用，已經(jīng)成為本世紀(jì)最受關(guān)注的問題。太陽(yáng)能是世界上最豐富的可再生能源，應(yīng)用前景最為廣泛。由于太陽(yáng)能存在能流密度低、空間分布不均勻及能量供給不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，因此提高太陽(yáng)能的利用率，降低利用成本，保證能量能持續(xù)供給等對(duì)太陽(yáng)能的熱利用具有重要的意義。通過菲涅爾透鏡聚光，將有效的改善太陽(yáng)能能流密度低的問題，相變儲(chǔ)能技術(shù)能夠解決能量供給不穩(wěn)定

2、和空間分布不均勻的矛盾，也是提高太陽(yáng)能利用效率的有效手段。
　　對(duì)此本課題將菲涅爾透鏡聚光與相變儲(chǔ)能技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，將更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的利用，具體工作如下：
　?。?）本文在前人研究的基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)聚光裝置固定焦點(diǎn)聚光，對(duì)菲涅爾透鏡的聚光特性和極軸跟蹤原理進(jìn)行了理論分析，理論證明聚光器能實(shí)現(xiàn)全年固定焦點(diǎn)聚光；采用圓錐形腔體吸收器將聚光器聚焦的太陽(yáng)能量收集，并通過傳熱工質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的傳輸；選擇目前應(yīng)用廣泛的低溫相變

3、石蠟作為相變材料，設(shè)計(jì)了一種新型的固定焦點(diǎn)相變儲(chǔ)能裝置，將太陽(yáng)能定焦點(diǎn)聚光裝置與相變儲(chǔ)能裝置二者結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)同時(shí)具備集熱、儲(chǔ)熱和釋熱的功能，使儲(chǔ)能裝置多功能化。
　?。?）搭建了固定焦點(diǎn)聚光相變儲(chǔ)能裝置熱性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了集熱性能以及儲(chǔ)熱熱性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。首先對(duì)影響集熱效率的不同因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，得到不同太陽(yáng)輻照度、不同工質(zhì)流量與系統(tǒng)瞬時(shí)集熱效率的關(guān)系。太陽(yáng)直射輻照強(qiáng)度與圓錐形腔體集熱器的瞬時(shí)熱效率的變化趨勢(shì)基本一致；在一定

4、范圍內(nèi)，傳熱工質(zhì)的流量增大，集熱器集熱效率隨傳熱工質(zhì)的流量增大而增大。當(dāng)超過臨界值時(shí)，工質(zhì)流量增大，集熱器瞬時(shí)熱效率強(qiáng)化作用不明顯，系統(tǒng)的傳熱工質(zhì)流量的選擇必須綜合考慮，本定焦點(diǎn)聚光相變儲(chǔ)能裝置存在最優(yōu)傳熱工質(zhì)流量12ml/s。并測(cè)定了該裝置的集熱效率，在環(huán)境溫度的變化范圍為16℃~21℃，空氣風(fēng)速小于4m/s，太陽(yáng)直射輻照強(qiáng)度為650W/m2，傳熱工質(zhì)導(dǎo)熱油的流量是12ml/s條件下，集熱器的最大集熱效率為45％，最小集熱效率為37%

5、。實(shí)驗(yàn)研究了不同傳熱工質(zhì)流量與不同進(jìn)口油溫對(duì)相變儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)能效率的影響。傳熱工質(zhì)流量與進(jìn)口油溫的變化都是影響相變儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)能效率的重要性能參數(shù)。在一定范圍內(nèi)，當(dāng)傳熱工質(zhì)流量增大，管路內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)也隨之增大，儲(chǔ)能效率也隨之增大。而當(dāng)流量達(dá)到臨界值后，增大流量對(duì)提高儲(chǔ)能效率的作用不大；進(jìn)口油溫越高，傳熱溫差越大，熱傳遞的速率越快，儲(chǔ)熱罐內(nèi)相變材料熔化速率越快，有利于提高儲(chǔ)熱效率。在太陽(yáng)直射輻強(qiáng)度的平均值為650 W/m2，傳熱工質(zhì)流量為1

6、2ml/s，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)日照4個(gè)小時(shí)的條件下，定焦點(diǎn)聚光相變儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)熱效率可達(dá)77.5%。
　?。?）搭建了固定焦點(diǎn)聚光相變儲(chǔ)能裝置釋熱性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了釋熱性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。對(duì)定焦點(diǎn)聚光相變儲(chǔ)能裝置的釋熱性能進(jìn)行了研究，介紹了定焦點(diǎn)聚光相變儲(chǔ)能裝置釋熱實(shí)驗(yàn)的工作原理。實(shí)驗(yàn)中分別對(duì)不同流量和不同傳熱工質(zhì)條件下對(duì)相變儲(chǔ)能裝置煮水效率的影響進(jìn)行了研究。當(dāng)傳熱工質(zhì)流量為8、12與16ml/s時(shí)，其煮水效率分別為57%、85.6%、88.4

7、%。傳熱工質(zhì)流量的適當(dāng)增加，相變儲(chǔ)能裝置的煮水效率增大。但傳熱工質(zhì)對(duì)流換熱的熱阻在相變換熱裝置釋熱過程中不占主導(dǎo)地位，所以當(dāng)流量增大到12ml/s時(shí)，再增大流量，對(duì)煮水效率影響并不明顯。綜合考慮下，本裝置中最佳的流量為12ml/s。相變儲(chǔ)能裝置在環(huán)境溫度的變化范圍為16℃~21℃，空氣風(fēng)速小于4m/s，太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度的平均值為650W/m2的條件下，忽略系統(tǒng)管路的熱損失，控制傳熱工質(zhì)導(dǎo)熱油的流量是12ml/s，測(cè)得定焦點(diǎn)聚光相變儲(chǔ)能裝