摘 要

太阳能作为一种新型能源，具有普遍性、环保性、可持续性、巨大性，具有十分巨大的发展前景。目前世界上对太阳能的利用主要分为光伏发电和太阳能热利用。要提高太阳能热利用的效率，需要采取合适的聚光结构。当今世界上的聚焦技术主要有菲涅尔透镜、塔式聚焦技术、碟式聚焦技术以及槽式聚焦技术。其中槽式太阳能热发电系统已经较为成熟，并投入到商业化应用。

槽式太阳能集热器是组成槽式太阳能热发电系统的主要部分，是将太阳能转换为热能的主要结构，因此研究槽式太阳能集热器的性能有着巨大的意义。槽式太阳能集热器工作过程中的热量转换包括热传导、对流传热、辐射传热等多种传热过程，其中各个部分相互关联。本次研究主要是利用FLUENT强大的有限元计算功能，通过传热分析、建模、赋值、设置边界条件、设置求解条件等工作来完成对抛物面聚光器性能的仿真计算，并分析仿真计算结果。

关键词：槽式太阳能集热器；FLUENT；仿真

Abstract

Solar energy, as a new type of energy, which is universal, non-pollution, sustainable and huge, has a very great prospects of development. Current use of solar energy in the world is divided into photovoltaic and solar thermal. In order to increase the efficiency of solar thermal utilization, appropriate condensing structure should be taken. Focus technology in the world today mainly include Fresnel lens, solar tower, dish power and parabolic trough. Among them, parabolic trough system is a quite mature technology, which has been operation commercially already.

Parabolic trough collector is one of the main components of parabolic trough solar thermal power generation system, which is the main structure that converting solar energy to heat, so it has great significance to study the performance of parabolic trough collector. The heat transfer when parabolic trough collector is working includes heat conduction, convection and radiation, and all of them are connected to each other. The main work in this study is using FLUENT, which has great function of finite element calculation, to simulate and calculate the performance of parabolic trough collector, by analysing the heat transfer, modeling, valuing, setting up boundary conditions and setting up solution conditions, and to analyse the result of the simulation and calculation.

Key Words: Parabolic Trough Collector；FLUENT；simulation

目 录

第1章 绪论1

1.1 研究的背景及意义1

1.2 太阳能的利用1

1.2.1 光伏发电1

1.2.2 太阳能热利用2

1.3 槽式太阳能集热器4

1.4 CFD分析软件FLUENT5

第2章 建立模型6

2.1 太阳能集热器模型的建立6

2.2 流体模型的建立8

第3章 传热分析10

3.1 热传导10

3.2 对流换热10

3.3 辐射换热10

3.4 本章小结11

第4章 前处理工作12

4.1 workbench12

4.2 相关面的命名13

4.2.1 流体区域相关面的命名13

4.2.2 空气区域相关面的命名14

4.2.3 固体部分相关面的命名14

4.3网格划分15

4.4 模型条件设置17

第5章 仿真结果分析21

5.1 温度分布曲线21

5.2 温度分布图24

5.3 热效率分析25

5.4 本章小结26

第6章 结论与展望27

参考文献28

致谢29

第1章 绪论

1.1 研究的背景及意义

能源是人类生存和发展的必要因素，是当今社会经济发展的动力。目前人类使用的主要能源是不可再生资源，如煤炭、石油、天然气等。但是随着社会的进步和经济的发展，能源消费不断增加，不可再生资源越来越少。我国作为一个高速发展中大国，对能源的消耗是巨大的。有专家预测，到2030年，我国国内能源缺口量约为2.5亿吨标准煤，到2050年约为4.6亿吨标准煤。

同时，在大量消耗化石能源时产生的有害物质对我们的生活环境产生了巨大的破坏。雾霾一词自第一次出现到现在，已经引起了全社会的高度关注。2013年“雾霾”成为全国重大问题。当年1月，4次雾霾过程笼罩了30个省（区、市），在北京，仅有5天不是雾霾天。据报道，中国最大的500个城市中，只有不到1%的城市能够达到世界卫生组织推荐的空气质量标准要求。与此同时，世界上污染最严重的10个城市之中有7个都在中国。我国大气中，87%的SO₂，67%的NO_x，60%的TSP以及7.1%的CO₂均来自于煤炭的燃烧。这些气体的排放是造成酸雨、全球变暖等问题的主要原因。

针对以上能源短缺和环境污染两个重要问题，新能源的发现和利用对于人类社会的进步和发展而言显得十分重要。目前的新能源包括风能、太阳能、潮汐能、可控氢聚变等，这些可再生能源将逐渐成为世界能源的主角。

与其他可再生新能源相比，太阳能具有以下优势：