Tác động của các tham số hình học quan trọng lên hiệu suất quang học của bộ thu hình nón

Springer Science and Business Media LLC - Tập 13 - Trang 673-683 - 2019
Hu Xiao1, Yanping Zhang1,2, Cong You2, Chongzhe Zou1, Quentin Falcoz2,3
1School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China
2China-EU Institute for Clean and Renewable Energy, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China
3PROMES-CNRS Laboratory, Font-Romeu-Odeillo-via, France

Tóm tắt

Hiệu suất quang học của một bộ thu có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả và độ ổn định của hệ thống năng lượng nhiệt mặt trời. Hầu hết các tài liệu tập trung vào hiệu suất quang học của các bộ thu với các hình dạng hình học khác nhau, nhưng ít nghiên cứu được thực hiện về tác động của các tham số hình học quan trọng. Trong bài báo này, phần mềm thương mại TracePro được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên bộ thu hình nón, chẳng hạn như góc nón, số lượng vòng của ống xoắn, và khoảng cách giữa điểm tiêu cự của bộ thu và lỗ mở. Những yếu tố này ảnh hưởng đến hiệu suất quang học, mật độ dòng nhiệt tối đa và phân bố ánh sáng trong buồng nón. Hiệu suất quang học của bộ thu hình nón đã được nghiên cứu và phân tích bằng phương pháp truy tìm tia Monte Carlo. Để tạo ra một mô phỏng đáng tin cậy, ống xoắn được gắn vào bề mặt trong của buồng trong mô hình đề xuất. Kết quả cho thấy rằng lượng tia sáng đến ống xoắn tăng lên khi góc nón tăng, trong khi hiệu suất quang học giảm và mật độ dòng nhiệt tối đa tăng. Việc tăng số lượng vòng góp phần làm tăng hiệu suất quang học và phân bố ánh sáng đồng đều. Bộ thu hình nón có hiệu suất quang học tối ưu khi điểm tiêu cự của bộ thu gần với lỗ mở.

Từ khóa

#bộ thu hình nón #hiệu suất quang học #tham số hình học #mật độ dòng nhiệt #mô phỏng Monte Carlo

Tài liệu tham khảo

Tsoutsos T, Gekas V, Marketaki K. Technical and economical evaluation of solar thermal power generation. Renewable Energy, 2003, 28(6): 873–886 Huang W, Huang F, Hu P, Chen Z. Prediction and optimization of the performance of parabolic solar dish concentrator with sphere receiver using analytical function. Renewable Energy, 2013, 53(9): 18–26 Flesch R, Stadler H, Uhlig R, Pitz-Paal R. Numerical analysis of the influence of inclination angle and wind on the heat losses of cavity receivers for solar thermal power towers. Solar Energy, 2014, 110 (110): 427–137 Xiao L, Wu S Y, Li Y R. Numerical study on combined free-forced convection heat loss of solar cavity receiver under wind environments. International Journal of Thermal Sciences, 2012, 60(1): 182–194 Wu S Y, Guo F H, Xiao L. Numerical investigation on combined natural convection and radiation heat losses in one side open cylindrical cavity with constant heat flux. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2014, 71(3): 573–584 Wu S Y, Xiao L, Li Y R. Effect of aperture position and size on natural convection heat loss of a solar heat-pipe receiver. Applied Thermal Engineering, 2011, 31(14–15): 2787–2796 Cui F, He Y, Cheng Z, Li Y. Study on combined heat loss ofa dish receiver with quartz glass cover. Applied Energy, 2013, 112(4): 690–696 Reddy K S, Vikram T S, Veershetty G. Combined heat loss analysis of solar parabolic dish-modified cavity receiver for superheated steam generation. Solar Energy, 2015, 121: 78–93 Vikram T S, Reddy K S. Estimation of heat losses from modified cavity mono-tube boiler receiver of solar parabolic dish for steam generation. Energy Procedia, 2014, 57: 371–380 Collado F J. One-point fitting of the flux density produced by a heliostat. Solar Energy, 2010, 84(4): 673–684 Li H, Huang W, Huang F, Hu P, Chen Z. Optical analysis and optimization of parabolic dish solar concentrator with a cavity receiver. Solar Energy, 2013, 92(4): 288–297 Xie W T, Dai Y J, Wang R Z. Numerical and experimental analysis of a point focus solar collector using high concentration imaging PMMA Fresnel lens. Energy Conversion and Management, 2011, 52(6): 2417–2426 Li X, Dai Y J, Wang R Z. Performance investigation on solar thermal conversion of a conical cavity receiver employing a beam-down solar tower concentrator. Solar Energy, 2015, 114: 134151 Daabo A M, Mahmoud S, Al-Dadah R K. The optical efficiency of three different geometries of a small scale cavity receiver for concentrated solar applications. Applied Energy, 2016, 179: 1081–1096 Daabo A M, Ahmad A, Mahmoud S, Al-Dadah R K. Parametric analysis of small scale cavity receiver with optimum shape for solar powered closed Brayton cycle applications. Applied Thermal Engineering, 2017, 122: 626–641 Li S, Xu G, Luo X, Quan Y, Ge Y. Optical performance of a solar dish concentrator/receiver system: influence of geometrical and surface properties of cavity receiver. Energy, 2016, 113: 95–107 Wang F, Lin R, Liu B, Tan H, Shuai Y. Optical efficiency analysis of cylindrical cavity receiver with bottom surface convex. Solar Energy, 2013, 90(4): 195–204 Shuai Y, Xia X L, Tan H P. Radiation performance of dish solar concentrator/cavity receiver systems. Solar Energy, 2008, 82(1): 13–21 Przenzak E, Szubel M, Filipowicz M. The numerical model of the high temperature receiver for concentrated solar radiation. Energy Conversion and Management, 2016, 125: 97–106 Andraka C E, Yellowhair J, Iverson B D. A parametric study of the impact of various error contributions on the flux distribution of a solar dish concentrator. In: ASME 2010 4th International Conference on Energy Sustainability, Phoenix, AZ, USA, 2010, 2: 565580 Zou C, Zhang Y, Feng H, Falcoz Q, Neveu P, Gao W, Zhang C. Effects of geometric parameters on thermal performance for a cylindrical solar receiver using a 3D numerical model. Energy Conversion and Management, 2017, 149: 293–302 Zou C, Zhang Y, Falcoz Q, Neveu P, Zhang C, Shu W, Huang S. Design and optimization of a high-temperature cavity receiver for a solar energy cascade utilization system. Renewable Energy, 2017, 103: 478–489 Prakash M, Kedare S B, Nayak J K. Investigations on heat losses from a solar cavity receiver. Solar Energy, 2009, 83(2): 157–170 Prakash M, Kedare S B, Nayak J K. Determination of stagnation and convective zones in a solar cavity receiver. International Journal of Thermal Sciences, 2010, 49(4): 680–691 Wang J, Yang S, Jiang C, Yan Q, Lund P D. A novel 2-stage dish concentrator with improved optical performance for concentrating solar power plants. Renewable Energy, 2017, 108: 92–97 Zhu Y, Shi J, Li Y, Wang L, Huang Q, Xu G. Design and thermal performances of a scalable linear Fresnel reflector solar system. Energy Conversion and Management, 2017, 146: 174–181 Sarwar J, Georgakis G, Kouloulias K, Kakosimos K E. Experimental and numerical investigation of the aperture size effect on the efficient solar energy harvesting for solar thermochemical applications. Energy Conversion and Management, 2015, 92: 331–341 Chang H, Duan C, Wen K, Liu Y, Xiang C, Wan Z, He S, Jing C, Shu S. Modeling study on the thermal performance of a modified cavity receiver with glass window and secondary reflector. Energy Conversion and Management, 2015, 106: 1362–1369 Jafrancesco D, Sansoni P, Francini F, Fontani D. Strategy and criteria to optically design a solar concentration plant. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2016, 60: 1066–1073 Hasuike H, Yoshizawa Y, Suzuki A, Tamaura Y. Study on design of molten salt solar receivers for beam-down solar concentrator. Solar Energy, 2006, 80(10): 1255–1262