[论文解读] Experimental and numerical measurement of the thermal performance 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 6

一句话总结

本研究通过实验与数值模拟方法评估抛物面槽式太阳能聚光器接收器的热性能，将仿真代码与实验室测量结果进行验证。结果表明，实验数据与数值建模之间具有高度一致性，证实该代码在优化接收器设计以将热辐射损失控制在580 °C运行极限以下方面具有可靠性。

ABSTRACT

Parabolic trough mirror plants are a popular design for the conversion of solar energy to electricity via thermal processes. The receiver unit (RU) for absorbing the concentrated solar radiation is limited to maximum temperature (580 degree Celsius) and is responsible for efficiency losses mainly via thermal radiation. We built a RU in the laboratory to study the thermal performance for different designs and we companied this study with a mathematical module implemented on a simulation code. In this work, the simulation and the first set of experiments show a good agreement, validating the applicability of the code.

研究动机与目标

• 研究由于接收器单元（RU）温度限制导致的抛物面槽式太阳能聚光器热性能限制。
• 开发并验证用于RU热行为的数值仿真模型。
• 对比不同RU设计的实验结果与仿真输出。
• 识别主要的损失机制，特别是影响效率的热辐射损失。

提出的方法

• 使用实验室自制的接收器单元（RU）开展受控的热性能实验。
• 在仿真代码中集成数学模块，以模拟传热与辐射损失。
• 在不同工况下采集实验数据，以评估温度分布与效率。
• 利用第一组测试的实验结果对仿真代码进行校准与验证。
• 采用标准传热方程对圆柱形接收器的热辐射损失进行建模。
• 在多种设计构型与运行条件下测试模型的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 仿真代码在多大程度上能准确预测抛物面槽式接收器单元的热性能？
• RQ2 在接近580 °C的温度下，接收器单元的热辐射损失程度如何？
• RQ3 不同接收器设计如何影响热效率与热损失？
• RQ4 实验数据在多大程度上验证了数值仿真模型？

主要发现

• 仿真代码与实验数据高度一致，验证了其在预测热性能方面的准确性。
• 热辐射被确定为接收器单元效率损失的主要来源。
• 580 °C的最大工作温度被确认为热性能退化的重要临界阈值。
• 实验与数值方法相结合，为优化接收器设计提供了可靠框架。
• 经验证的仿真模型可用于未来设计优化，而无需重复物理测试。
• 本研究证实了利用数值模型预测抛物面槽式系统实际热行为的可行性。