反射式顺向聚焦定向传光中央接收式高温太阳能集热机理研究

反射式顺向聚焦过程可以不在反射面上留下阴影、改善接收器的工作环境、降低系统的跟踪精度要求。基于这一原理的定向传光中央接收高温太阳能集热系统具有全同跟踪、无需冗长管路和避免建设高塔等优势。该项目将研究多曲面复合高效太阳能聚光原理，探索该过程中的能量传递规律，特别是高密度光能的收集、转化及相互作用规律，提出太阳能高温集热的新理论和新方法。探索总系统各部件之间的最优匹配关系，给出中央高温接收器的结构、储能过程及管内流动对系统效率和最小跟踪精度的要求，建立最优经济学模型。建立中小型多曲面聚焦中央塔式太阳能聚光集热完整系统，对之进行能量传递机理及动态强化的实验研究，对影响系统性能的无因次参数进行研究与计算，探索模型系统与规模化系统的本质关系，找出其相似关联点。探索该技术在其他领域的应用前景以及太阳能梯级利用的理论基础和方法。最终实现建立太阳能多曲面聚光物理学的理想。

反射式顺向聚焦过程可以不在反射面上留下阴影、改善接收器的工作环境、降低系统的跟踪精度要求。基于这一原理的定向传光中央接收高温太阳能集热系统具有全同跟踪、无需冗长管路和避免建设高塔等优势。项目对反射式顺向聚焦定向传光中央接收式太阳能集热系统进行了深入的理论分析，给出了多曲面聚光器对中央接收系统的影响函数。提出了新的太阳能聚光器设计理论和方法，特别是偏光器、二次聚光器的设计方法。指出光漏斗的特征参数取0.35比较合适。对整体系统进行了光学性能仿真分析，实现了系统在光学仿真软件中的模拟运行。给出了距出光口不同距离处的接收器表面的光线分布与光学效率，分析了焦点处的能量分布规律。对系统的跟踪精度要求进行了模拟，证明系统的跟踪精度要求小于2.0°。搭建了定向传光中央接收式太阳能集热系统实验台，对所设计的太阳能集热系统的性能进行了实际天气条件下的实验研究。实验结果说明，当系统采用单漏斗聚光时，接收器在1.5米处的位置，可以得到光斑最大光强2500W/m2，系统聚光效率约40%。特别是偏光器出来的光线为近似平行光，为设置更远的接收器创造了条件。论证了由于太阳光为非平行光（汇聚角0.53°）导致光线实际汇聚在原焦点下方，从而使接收面上光斑的直径随着出光口与接收面之间距离的增大而线性减小的结论。对多曲面聚光的研究成果进行了推广应用研究，设计了反射率95%的光漏斗和水冷行波热声发动机，证明所设计的光漏斗聚光温度可达550℃以上，完全可以驱动行波型热声发动机。对槽式聚光轴向传光太阳能集热系统进行了研究，给出了沿轴向光强的分布及系统几何参数的关系，得到系统的导光器缝宽度为7mm时，接收器上的照度最高能够达到环境照度的4.5倍左右的结论。建立了光漏斗聚光光纤导光的太阳能照明系统，系统通光率在跟踪太阳时达到20%左右，同时提出了测试此类系统性能的测试方法。设计了多曲面槽式聚光中温太阳能空气集热器，并在实际天气下系统的最高温度可以达到140℃，最高效率达到60%。设计了多曲面光漏斗，对之进行了聚光与聚风联合实验，给出了聚风与聚光发电效率。