[论文解读] Computational comparison of a novel cavity absorber for parabolic trough solar concentrators

Khaled Mohamad, P. Ferrer|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2019

Solar Thermal and Photovoltaic Systems参考文献 7被引用 7

一句话总结

本文提出了一种用于抛物面槽式太阳能聚光器的新型镜面腔体吸收器，通过捕获并反射太阳辐射和热辐射，使其重新作用于吸收器，从而减少热辐射损失。通过计算模拟，作者证明该腔体设计可使传热流体温度高于传统吸收器，显著提高热效率。

ABSTRACT

Parabolic trough mirror plants are a popular design for the conversion of solar energy to electricity via thermal processes. The absorber of concentrated solar radiation can reach high temperatures (> 500 degrees Celsius) and is responsible for efficiency losses mainly via thermal radiation. We build on our previous work on hot mirrors to study an absorber with a mirrored cavity. The cavity absorber for the parabolic trough receiver is designed to trap solar and thermal radiations by reflecting them back onto the absorber very efficiently, which would otherwise be lost. This paper shows simulation results indicating that the proposed design can exceed the heat transfer fluid temperature compared to existing alternatives. Using a theoretical model we developed, we can infer the temperature profile for the receiver unit, from which efficiency parameters can be derived.

研究动机与目标

• 解决抛物面槽式太阳能接收器中的热辐射损失问题，以提高整体系统效率。
• 设计并评估一种具有镜面内表面的新型腔体吸收器，以将逃逸辐射反射回吸收器表面。
• 通过计算建模，比较腔体吸收器与传统设计的热性能。
• 量化传热流体温度和系统效率的潜在提升。

提出的方法

• 建立理论热模型，以预测接收器单元内的温度分布。
• 使用计算流体动力学（CFD）和辐射传热模拟，分析热传递和辐射行为。
• 设计一种集成于抛物面槽式接收器中的镜面腔体结构，以增强辐射捕获。
• 模拟腔体内太阳辐射和热辐射的反射，以最小化损失。
• 比较腔体吸收器与标准吸收器配置的热性能指标。
• 从模拟的温度分布推导效率参数，以评估系统性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 镜面腔体吸收器设计能否有效减少抛物面槽式太阳能接收器中的热辐射损失？
• RQ2 在相同的太阳辐照条件下，腔体吸收器的温度分布与传统吸收器相比如何？
• RQ3 该腔体设计在多大程度上提高了可实现的传热流体温度？
• RQ4 与现有设计相比，该腔体吸收器的预测热效率提升多少？

主要发现

• 腔体吸收器设计通过将逃逸辐射反射回吸收器表面，显著减少了热辐射损失。
• 模拟结果表明，与传统吸收器设计相比，腔体吸收器可实现更高的传热流体温度。
• 理论模型成功预测了接收器单元内的温度分布，从而实现了准确的效率计算。
• 该设计由于增强了辐射捕获，显示出提高热效率的潜力。