固定焦點聚光相變儲能裝置熱性能實驗研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，化石能源大量開發(fā)和利用，造成了嚴重的大氣和其他類型環(huán)境污染和生態(tài)破壞。可再生能源的開發(fā)和使用，已經(jīng)成為本世紀最受關(guān)注的問題。太陽能是世界上最豐富的可再生能源，應用前景最為廣泛。由于太陽能存在能流密度低、空間分布不均勻及能量供給不穩(wěn)定等缺點，因此提高太陽能的利用率，降低利用成本，保證能量能持續(xù)供給等對太陽能的熱利用具有重要的意義。通過菲涅爾透鏡聚光，將有效的改善太陽能能流密度低的問題，相變儲能技術(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，也是提高太陽能利用效率的有效手段。
　　對此本課題將菲涅爾透鏡聚光與相變儲能技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，將更好的實現(xiàn)對太陽能的利用，具體工作如下：
　?。?）本文在前人研究的基礎(chǔ)上，為了實現(xiàn)聚光裝置固定焦點聚光，對菲涅爾透鏡的聚光特性和極軸跟蹤原理進行了理論分析，理論證明聚光器能實現(xiàn)全年固定焦點聚光；采用圓錐形腔體吸收器將聚光器聚焦的太陽能量收集，并通過傳熱工質(zhì)實現(xiàn)對能量的傳輸；選擇目前應用廣泛的低溫相變

3、石蠟作為相變材料，設(shè)計了一種新型的固定焦點相變儲能裝置，將太陽能定焦點聚光裝置與相變儲能裝置二者結(jié)合，使整個系統(tǒng)同時具備集熱、儲熱和釋熱的功能，使儲能裝置多功能化。
　?。?）搭建了固定焦點聚光相變儲能裝置熱性能實驗平臺，進行了集熱性能以及儲熱熱性能測試實驗。首先對影響集熱效率的不同因素進行了實驗分析，得到不同太陽輻照度、不同工質(zhì)流量與系統(tǒng)瞬時集熱效率的關(guān)系。太陽直射輻照強度與圓錐形腔體集熱器的瞬時熱效率的變化趨勢基本一致；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。當超過臨界值時，工質(zhì)流量增大，集熱器瞬時熱效率強化作用不明顯，系統(tǒng)的傳熱工質(zhì)流量的選擇必須綜合考慮，本定焦點聚光相變儲能裝置存在最優(yōu)傳熱工質(zhì)流量12ml/s。并測定了該裝置的集熱效率，在環(huán)境溫度的變化范圍為16℃~21℃，空氣風速小于4m/s，太陽直射輻照強度為650W/m2，傳熱工質(zhì)導熱油的流量是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、。實驗研究了不同傳熱工質(zhì)流量與不同進口油溫對相變儲能裝置儲能效率的影響。傳熱工質(zhì)流量與進口油溫的變化都是影響相變儲能裝置儲能效率的重要性能參數(shù)。在一定范圍內(nèi)，當傳熱工質(zhì)流量增大，管路內(nèi)對流換熱系數(shù)也隨之增大，儲能效率也隨之增大。而當流量達到臨界值后，增大流量對提高儲能效率的作用不大；進口油溫越高，傳熱溫差越大，熱傳遞的速率越快，儲熱罐內(nèi)相變材料熔化速率越快，有利于提高儲熱效率。在太陽直射輻強度的平均值為650 W/m2，傳熱工質(zhì)流量為1

6、2ml/s，實驗系統(tǒng)日照4個小時的條件下，定焦點聚光相變儲能裝置的儲熱效率可達77.5%。
　?。?）搭建了固定焦點聚光相變儲能裝置釋熱性能實驗平臺，進行了釋熱性能測試實驗。對定焦點聚光相變儲能裝置的釋熱性能進行了研究，介紹了定焦點聚光相變儲能裝置釋熱實驗的工作原理。實驗中分別對不同流量和不同傳熱工質(zhì)條件下對相變儲能裝置煮水效率的影響進行了研究。當傳熱工質(zhì)流量為8、12與16ml/s時，其煮水效率分別為57%、85.6%、88.4

7、%。傳熱工質(zhì)流量的適當增加，相變儲能裝置的煮水效率增大。但傳熱工質(zhì)對流換熱的熱阻在相變換熱裝置釋熱過程中不占主導地位，所以當流量增大到12ml/s時，再增大流量，對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。相變儲能裝置在環(huán)境溫度的變化范圍為16℃~21℃，空氣風速小于4m/s，太陽直射輻射強度的平均值為650W/m2的條件下，忽略系統(tǒng)管路的熱損失，控制傳熱工質(zhì)導熱油的流量是12ml/s，測得定焦點聚光相變儲能裝