【《温差发电装置抛物型碟式聚光器设计及仿真分析案例》1800字】

温差发电装置抛物型碟式聚光器设计及仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u11692温差发电装置抛物型碟式聚光器设计及仿真分析案例 1165911.1 复合抛物面聚光器原理 1322041.2 复合抛物面聚光器的设计 248861.3 复合抛物面聚光器的仿真 382301.4 小结 61.1 复合抛物面聚光器原理光锥作为一种最早应用的非成像式聚光器，结构简单制造方便，图4-1展示了其工作原理。图4-1光锥式聚光器工作原理如图4-1所示，部分以最大入射角θi由于光锥式聚光器具有的上述缺点，抛物型聚光器应运而生，其工作原理如图4-2所示。抛物型聚光器的聚光比为：C=θ为图中所示抛物型聚光器的最大入射角。图4-2抛物型聚光器原理1.2 复合抛物面聚光器的设计复合抛物面聚光器的剖面图如图4-3所示，当光线入射角度大于最大入射角θ时，光线会被反射出去无法汇聚到集热板上从而导致无法被利用。除此之外，入射角小于θ的光线均能通过一次或多次反射反射至集热板表面得到利用。由此可知，接收半角θ为抛物型聚光器的重要参数之一。图4-3复合抛物面聚光器剖面图复合抛物面聚光器设计尺寸如下：（1）几何聚光比：C（2）高度：H=（3）焦距：f=（4）抛物面抛物线方程：x（5）坐标：x本文设计的温差发电系统集热板部分温差发电模块紧密放置，模块之间不留出空隙，集热板的尺寸为80mm*80mm，故d2=80mm，表4-1复合抛物面聚光器尺寸参数性能参数性能指标几何聚光比2.7聚光器孔径（mm）247聚光器槽深（mm）4631.3 复合抛物面聚光器的仿真本文使用TracePro软件实现对抛物型聚光器的光学模拟仿真。首先需要在软件中建立复合抛物面型聚光器的三维模型，并选取其材质。然后需要配置模拟所需要的光源参数，如波长、强度等，最后进行轨迹追踪和性能分析。设置抛物面聚光器的表面为镜面，入射光设置为546nm波长，960W/m2强度的类似自然光。当太阳光垂直入射时，光线轨迹如图4-4所示。图4-4光线垂直入射时的仿真结果光线垂直入射时，部分光线直接入射至集热板表面，剩余光线在经反射后达到集热板表面，没有光线被反射出聚光器，此时光线的利用率也是最高的。光线垂直入射时，集热板上的光照强度分布如图4-5所示。图4-5光线垂直入射时集热板表面的光照强度分布显然，光线垂直入射时，集热板表面的光照强度分布并不均匀。为达到最大的温差发电模块工作效率和尽量提高每个温差发电模块的工作性能，集热板应当选用导热性能良好的材质，以尽可能使得集热板表面的温度分布均匀，并选用吸收表面涂料，提高对光线的吸收效率。因为光照强度分布的不均匀，各温差发电模块的输出电压也难以统一，故尽量使温差发电模块对称均匀分布，同时采用串联而非并联方式连接所有温差发电模块，尽量使每个温差发电模块的输出电压和功率一致。当光线入射角度为最大入射角度的一半即11度时，仿真结果如图4-6和4-7所示。图4-6光线11度入射时的仿真结果图4-7光线11度入射时集热板表面的光照强度分布光线以11度的角度入射时，可以看到，现在有部分光线没有到达集热板上，但都集中在集热板的左侧，由集热板表面光照度分布可知热量集中分布在集热板的左侧。这也从另一角度说明了集热板的导热效率在该系统中的重要性。将光线入射角度修改为22度，进行上述仿真，结果如图4-8、图4-9所示。图4-8光线22度入射时的仿真结果图4-9光线22度入射时集热板表面的光照强度分布当入射光线达到22度入射角度时，所有入射光均能被反射至集热板上，但由于此时光线已不能直射到达集热板，热量都分布在了集热板的左侧。继续增大入射光线的入射角超过抛物型聚光器的θ值时，已经没有光线可以反射至集热板上了。只有当光线垂直入射时，集热板获得的热量分布和聚光器的光学效率才是最佳的，由于太阳照射角度的地区和时间差异，太阳能温差发电装置需要设置控制装置驱动整体装置运动，以保证太阳光的入射角度实时保持最佳。在实际运用中，通常可截去复合抛物型聚光器的上1/3效率较低的部分，达到降低体积、重量及成本的目的。图4-10截去聚光器上1/3部分时的仿真结果根据仿真结果可以看出，当截去以上1/3部分时，聚光器仍能将所有直射光汇聚至集热板之上，光线轨迹与截去之前无明显差异。1.4 小结本章描述了太阳能温差发电系统中聚光器部分的设计。聚光器在系统中汇聚太阳光能量提供给温差发电器的热端，具有十分重要的