太阳能聚光器聚焦光斑能流密度分布的理论与实验研究

发布时间：2020-05-10 16:51

【摘要】： 太阳能聚光器聚焦光斑能流密度分布的理论与测试技术研究对最优化系统效率起到关键作用,为了使接收面上的太阳能流密度得到重新分配,需要在考虑多种因素的基础上研究它的理论模型,另外在理论分析的基础上,能流密度分布的测量在实际应用中也具有重要意义。 本课题的研究目的是对抛物面聚光器聚焦光斑能流密度分布进行理论计算,同时考虑多种因素的影响;另外在吸收国外先进经验的基础之上,结合我国太阳能技术研究的需求,研制一套旋转抛物面聚光器聚焦光斑能流密度分布测试系统,并进行实验研究。具体说来,本文主要完成了以下几方面的研究工作: 1.抛物面聚光器聚焦光斑能流密度分布的Monte Carlo估计。对聚光系统进行光路分析,并对接收面的能流密度分布进行计算,更全面地考虑了影响能流密度分布的主要因素,使计算模型更加接近于实际情况,并且分析了各项因素对能流密度分布的影响;以Monte Carlo方法为基础,提出了旋转抛物面聚光器的优化设计方法,考虑了粘贴小平面镜片后的缝隙面积损失,得出镜片在径向和周向上的最佳数目,为该种面型聚光器的制作提供依据。 2.抛物面聚光器聚焦光斑能流密度分布的有限元分析。结合聚光系统的光学特性采用有限元法对旋转抛物面聚光器和抛物柱面聚光器聚焦光斑能流密度分布进行计算,通过与Monte Carlo法计算结果进行比较,验证了该方法的正确性;为了证明该方法的通用性,又对半球形接收器和圆柱形接收器进行实例计算,对于其它面型聚光器和其它形状接收器,只要改变网格剖分方法,就可以实现聚焦光斑能流密度分布的计算,因此有限元分析方法不但克服了以往算法通用性差的不足,而且为能流密度分布的计算提供了一条新思路。 3.旋转抛物面聚光器聚焦光斑能流密度分布测量装置的研制。采用基于CCD相机和朗伯靶的间接方法,研制一套点聚焦聚光设备的能流密度分布测量装置。对测量系统进行总体设计,并研究了接收面上能流密度和测点坐标的标定方法,同时对CCD相机的非线性和非均匀性进行校正。 4.旋转抛物面聚光器聚焦光斑能流密度分布的实验研究。利用测量装置对焦平面和多个离焦面内的能流密度分布进行测量,并分析每个面内的聚焦光斑特性。将焦平面能流密度分布测量结果与Monte Carlo方法计算结果进行比较。另外,计算了评价聚光系统性能的一些参数,包括光学效率、几何聚光比、能量聚光比和接收器上能流密度最大不一致性的相对百分比。最后,对系统的不确定度进行分析。
【图文】：

图 1-2 PROHERMES 测量系统图Fig.1-2 Sketch map of PROHERMES measurement systema) 能流图绘制系统 b) 朗伯靶包图 1-3 旋转抛物面聚光器能流图绘制系统与朗伯靶包实物图

CCD照相机安装在聚光器顶点处，计算机放置在地面，可以控制靶的位置和图像的摄取。本系统的整体测量误差小于4%，，单个像素的测量误差小于11%，其聚光装置和朗伯靶包实物图见图1-3所示[3]。2002 年，JESUS BALLESTRIN 设计了一套直接测量焦平面能流密度分- 13 -
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK513.1

【引证文献】

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本文编号：2657603