聚光太阳能光热复合组件结构优化与仿真开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

能源是人类社会赖以生存和发展的重要基础资源和各国经济安全的重要保障。目前大多数国家都以矿物燃料为主要能源。但是矿物能源是有限的，并且燃烧矿物能源，将会带来全球气温上升及污染大气等问题。从长远发展及绿色发展来看，找到清洁可再生能源的任务迫在眉睫。太阳能作为一种清洁可再生能源，经过多年的研究和发展，在世界能源使用中已经占有越来越大的比重。

目前对于太阳能的利用包括光热转换技术、光伏转换技术等。其中，太阳能发电技术又包括太阳能光发电和太阳能热发电技术。本文主要针对太阳能热发电技术进行研究。

太阳能热发电是指将太阳光聚集，并将其转化为足够温度的热能，然后通过常规的热机或其他发电技术将其转换为电能的技术。

自1878年在巴黎建立了一个小型点聚焦太阳能热交互式蒸汽机，揭开了太阳能热发电技术的序幕以来，世界主要发达国家如美国、德国、法国、意大利、西班牙、瑞士及日本等都将太阳能热发电技术作为国家研究开发的重点，逐步开展太阳能热发电。据不完全统计，在最近20多年间，全世界建造的太阳能热发电站功率在500kW以上的约有20余座。太阳能热发电系统按太阳聚光集热方式的不同可分为：槽式、碟式、塔式等。

下表展示了三种聚光型太阳能热电站的发展状态及优缺点。

	槽式	碟式	塔式
发展状态	中温热，联网发电运行。 商业化阶段，最大容量为80MW，总容量为354MW。	提供高温过程热，分散独立运行。 处于试验示范阶段，独立系统容量小于50MW。	提供高温过程热，联网发电运行。 处于试验示范阶段，最大容量为10MW。
优点	具有商业化运行的经验，互补方式已得到验证。	高的转化效率，可以模块化或者复合运行。	从长远来看前景很好，效率高，可以通过蓄热或互补降低成本。
缺点	真空管的寿命还没有得到大规模的验证。定日镜更换成本高。	没有商业化的与碟式聚光器配合的Stirling机	聚光场与吸热场的优化配合问题还需要研究。

研究成果表明，太阳能塔式热发电是最可能引起能源革命的技术，但是由于目前仍处于试验阶段，还没有大规模投入应用，因此，本次毕业设计主要针对已投入商业运行的槽式聚光型太阳能热发电技术进行研究，主要研究槽式太阳能的集热换热能力。希望能够通过建模仿真，来计算仿真不同光照条件下的集热性能，并根据仿真结果来对光热复合组件的结构进行优化。

2. 研究的基本内容与方案

本次毕业设计的基本内容为：对槽式聚光型太阳能的各部分结构，包括组件框架、集热部分结构、发电单元结构等进行设计，并组装，得到一个较完整的聚光集热发电太阳能系统。得到完整系统后，通过软件模拟不同光照条件下的换热性能，并通过改变组件参数，得到不同组件参数下的换热性能曲线，并将所得仿真结果作为优化组件结构参数的依据，对光热复合组件进行优化。

拟采用的技术方案：本次毕业设计将主要运用solidworks和ansys软件对槽式太阳能的集热管进行建模，并对其换热性能进行仿真。

1) 制作总体模型图，如图1所示：

3. 研究计划与安排

1~2周	论文资料的收集、方案准备
2~4周	撰写资料消化笔记并确定论文工作方案
4~8周	查阅相关资料并设计物理模型
8~12周	利用软件对模型进行仿真计算
12~14周	将得到的结果用图表的形式表示出来
14~16周	撰写论文
16~18周	论文修改，答辩准备，论文答辩

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 葛剑.dsg槽式太阳能集热管传热特性研究[d].东南大学,2012.

[2] 徐荣吉,何雅玲,肖杰等.槽式太阳能电站集热管热性能测试[j].太阳能学报,2012,33(1):99-104.

[3] 王金平,王军,张耀明,毕小龙. 槽式太阳能聚光集热器传热特性分析[j]. 农业工程学报,2015,07:185-192.

[4] 宋士金. 槽式太阳能热发电计算的模拟仿真[d].内蒙古工业大学,2014.