线性菲涅尔式太阳能聚光器传热及能流均匀化研究

对线性菲涅尔式太阳能聚光器的传热性能进行研究，在该系统下建立传热模型并对吸热管壁面温度、热量损失随传热介质对流换热系数上升时的变化规律进行研究。研究结果表明：当辐射到吸热管表面的能流密度恒定时，随着吸热管内传热介质温度上升和换热系数增加，集热管内壁温度逐渐下降并达到极值，如果继续采用强化传热的方法来降低系统热损，会使得效果逐渐减弱；针对吸热管周向能流非均匀问题，本文提出了一种基于粒子群算法的优化方法，通过改变主镜场中一次反射镜的瞄准点，使得接收器表面能流分布标准偏差达到最小，从而使得吸热管周向的能流分布更加均匀。通过优化使得当系统光学效率达到79.75%时，吸热管上半部分的能流分布由36.6%上升到了39.5%。以上研究结果将为线性菲涅尔式太阳能集热器的优化设计和应用提供理论支撑。

随着经济和科技的快速发展，能源已成为了人类生存和发展的重要基础。但是，近年来，化石燃料的使用破环了全球生态环境。在2020 年七十五届联合国大会上，习近平总书记指出“中国将力争2030年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和”[1]。因此，迫切需要我们改变现有的能源结构，优先发展可再生能源[2]。太阳能作为最丰富、无污染的可再生能源，受到了科学界的广泛关注[3] [4]。然而，太阳辐射的能流密度较低，所以在使用太阳能源时，必须采用特定的技术和设备来收集太阳能，而太阳能聚光系统能够较好地解决这一问题。目前，太阳能聚光系统主要包括塔式、槽式、线性菲涅尔式系统(Linear Fresnel Reflector, LFR)以及蝶式等[5] [6] [7] [8]。由于线性菲涅尔反射式聚光集热系统具有制造和安装方便、集热高效和成本低廉等特点，所以在太阳能热发电领域具有很好的发展前景[9]。

近几十年，关于太阳能聚光集热系统的光热转换性能研究受到了广泛关注。目前，对太阳能聚光系统集热器传热的研究主要集中在塔式、槽式等系统， 对于LFR 系统的研究相对较少。

Augsburger [10]等人研究了给定条件下塔式太阳能热发电系统吸热管的最佳结构，分析了吸热管非均匀能流密度、传热工质为熔盐等条件下的传热过程，并总结出了影响规律。方勇[11]等人建立了基于塔式太阳能集热器的有限元分析方法的计算模型，研究了周向非均匀热流条件下蓄热介质对流换热系数、吸热管外壁温度分布情况。鲁红光[12]等建立了槽式太阳能吸热管的传热模型，分析了传热途径和主要热损失的