学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

低成本太阳能聚集表面光谱辐射特性数值模拟与实验研究

作　者: 隋意
导　师: 谈和平
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程热物理
关键词: 太阳能聚集反射材料表面双向反射分布函数(BRDF) Monte Carlo法
分类号: TK512
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 88次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

由于能源危机和环境恶化,太阳能越来越受到人们的重视,但太阳能是低热流密度的能源,为了实现能源利用的经济性必须对太阳能进行聚集。本文研究太阳能聚集材料在受损(粗糙、变形、老化、污染)情况下聚集表面的太阳能多光谱辐射传输特性,进而掌握太阳能聚集材料的性能参数。本文应用蒙特卡罗法模拟光学反射特性并结合实验分析。本研究对低成本太阳能聚集系统的研发尤其对太阳能发电系统的成本控制尤为重要。主要研究内容及方法:1.利用航空航天热物理研究所的多光谱双向反射分布函数测试试验台实验测量太阳能反光膜、太阳能反光镜表面双向反射分布函数(BRDF):发现磨损材料表面散射峰值发生偏移并且随着入射光波长的增大而增大,随入射光角度的增加而增加,同时出现一定的后向散射,波长和入射角度的增加有助于增强这种后向散射现象。2.分析实际表面的形貌特征,发现该实际表面粗糙度整体分布比较平缓,高度并非完全Gauss分布。在几何光学近似下,运用Monte Carlo法求解太阳能聚集材料粗糙表面散射的模型,聚集材料表面粗糙度形貌数据模拟了在0.6328μm波段下的双向反射分布函数(BRDF),考虑了光线入射过程中的遮蔽效应和多次反射以及面散射求解中的去偏振,模拟结果和实验结果吻合较好。通过实验测量和数值模拟,本文对太阳能聚集反射材料表面光散射特性进行了研究,系统的分析和讨论了粗糙表面光散射特性的主要影响因素。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题来源和背景  8
  1.2 研究的目的和意义  8-10
  1.3 国内外的研究进展及现状  10-16
    1.3.1 国内外太阳能反光材料研究状况  10-11
    1.3.2 表面的光谱辐射研究进展及现状  11-13
    1.3.3 随机表面的理论模拟研究现状  13-14
    1.3.4 实验测量研究现状  14-16
  1.4 本论文的主要研究内容  16-17
第2章 BRDF 及实验测量方法  17-29
  2.1 双向反射分布函数（BRDF）的定义  17-20
    2.1.1 双向反射分布函数(BRDF) 的内涵  18-19
    2.1.2 双向反射分布函数( BRDF) 的外延  19-20
  2.2 BRDF 试验测量方法简介  20-21
    2.2.1 绝对测量  20
    2.2.2 相对测量  20-21
    2.2.3 比对测试法  21
    2.2.4 单一参考标准测试法  21
  2.3 多光谱BRDF 实验测量系统简介  21-26
  2.4 误差的理论分析  26-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章粗糙面散射的基本理论  29-38
  3.1 随机粗糙表面统计描述  29-33
    3.1.1 高度分布函数(HDF)  29-30
    3.1.2 自相关函数(ACF)  30-31
    3.1.3 斜率分布函数(SDF)  31-32
    3.1.4 功率谱密度(PSD)  32
    3.1.5 随机粗糙表面模型  32-33
  3.2 Monte Carlo 模型描述  33-37
    3.2.1 模型的建立  33-36
    3.2.2 去偏振的考虑  36-37
  3.3 本章小结  37-38
第4章太阳能聚集材料表面BRDF 实验测量  38-60
  4.1 试验样品来源  38-39
  4.2 哈尔滨气象资料  39-41
  4.3 不同磨损程度反光膜在λ=0.6328μm 和λ=3.39μm 波段下实验研究  41-51
    4.3.1 λ=0.6328μm 未磨损反光膜30°、45°、600 入射  41-42
    4.3.2 λ=0.6328μm 20 天磨损膜30°、45°、600 入射情况  42-43
    4.3.3 λ=0.6328μm 40 天磨损膜30°、45°、600 入射情况  43-45
    4.3.4 λ=0.6328μm 未磨损膜、20 天膜、40 天膜对比分析  45-47
    4.3.5 λ=3.39μm 未磨损反光膜30°、45°、600 入射  47-48
    4.3.6 λ=3.39μm 20 天磨损膜30°、45°、600 入射  48-49
    4.3.7 λ=3.39μm 40 天磨损膜30°、45°、600 入射  49-50
    4.3.8 λ=3.39μm 未磨损膜、20 天膜、40 天膜对比分析  50-51
  4.4 不同磨损程度反光镜在λ=0.6328μm 和λ=3.39μm 波段下实验研究  51-59
    4.4.1 λ=0.6328μm 未磨损镜面30°、45°、600 入射  51-52
    4.4.2 λ=0.6328μm 20 天磨损镜面30°、45°、600 入射  52-53
    4.4.3 λ=0.6328μm 40 天磨损镜面30°、45°、600 入射  53-54
    4.4.4 λ=0.6328μm 未磨损镜面、20 天镜面、40 天镜面对比分析  54
    4.4.5 λ=3.39μm 未磨损反光镜面30°、45°、600 入射  54-55
    4.4.6 λ=3.39μm 20 天磨损镜面30°、45°、600 入射  55-56
    4.4.7 λ=3.39μm 40 天磨损镜面30°、45°、600 入射  56-57
    4.4.8 λ=3.39μm 未磨损镜面、20 天镜面、40 天镜面对比分析  57-59
  4.5 本章小结  59-60
第5章太阳能聚集表面散射特性数值模拟  60-68
  5.1 材料磨损后表面形貌特征  60-61
  5.2 随机粗糙表面模型  61-63
  5.3 太阳能聚集表面双向反射特性模拟  63-67
    5.3.1 20 天磨损镜面数值模拟分析  64-65
    5.3.2 40 天磨损镜面数值模拟分析  65-67
  5.4 本章小节  67-68
结论  68-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表的学术论文  74-76
致谢  76

低成本太阳能聚集表面光谱辐射特性数值模拟与实验研究

内容摘要

全文目录

相似论文