![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Параболические концентраторыНаиболее совершенной конструкцией обладает параболический концентратор (рис.4), который фокусирует солнечные лучи. В результате коэффициент концентрации значительно увеличивается. На первый взгляд кажется, что в фокусе такого концентратора можно получить совершенно невероятную равновесную температуру, однако на практике атому препятствует не параллельность солнечных лучей. С Земли мы можем рассматривать Солнце как источник излучения, имевший форму диска с угловым размером 32. Степень не параллельности солнечных лучей оценивается как отношение диаметра Солнца к его расстоянию от Земли, выраженное в угловых единицах. Оно составляет около 0,0093 радиана. Обозначим этот угол через γ. Если для плоского отражателя подобное обстоятельство не имеет существенного значения, то в случае параболического концентратора оно ограничивает величину коэффициента концентрации. Вследствие не параллельности лучей их энергия собирается не точно в фокусе (точке), а в некоторой области вокруг него. На рис. 5 показаны траектории лучей, исходящих от противоположных краев солнечного диска и попадающих в точки А и Б. Лучи, отраженные в середине зеркальной поверхности (точка А), создает в фокусе изображение солнечного диска диаметром d=2ƒtdγ/2 или ƒγ в силу малости угла γ ( при фокусном расстоянии ƒ = 2 м размер изображения составляет около2 см ). Лучи , отраженные в другой, более удаленной от фокуса точке зеркала, например в точке Б, создает изображение большего размера. Кроме того, это изображение лежит в плоскости, повернутой относительно вокальной на краевой угол δ , а его проекция на фокальную плоскость имеет эллиптическую форму. Результирующее изображение, создаваемое всеми отраженными от параболической поверхности лучами, представляет собой множество налагающихся друг на друга эллипсов, размеры которых увеличивается по мере смещения точек падения и отражения образуемое эти эллипсы лучей. При равномерной яркости солнечного диска центральная область изображения освещена равномерно, а по мере удаления от центра освещенность уменьшается. Можно заметить, что с увеличением угла δ вклад лучей, отраженных более удаленными от центра параболической поверхности точками, становится меньше. Создаваемые этими лучами изображения оказываются более размытыми. С другой стороны, чем больше угол δ, тем больше площадь зеркальной поверхности концентратора. Учитывая эти факторы, можно построить график зависимости К (коэффициента концентрации) в окрестности центра изображения от краевого угла δ (рис. 5). Из графика видно, что для зеркал с краевыми углами до 25° величина К возрастает очень медленно, а при углах выше 70% она практически не меняется. Тем не менее величина К для центральной области (в окрестности фокуса) довольно велика: от 104 до 4*104, при двух упомянутых выше значениях краевых углов соответственно. На самом деле вследствие неравномерной яркости солнечного диска значения К оказывается несколько ниже. Вели небольшое тело разместить в фокусе параболического концентратора, то его равновесная температура будет в основном определяться его радиационными потерями. Конвективные тепловые потери в этом случае незначительны. Для черного тела, излучающего
Рис.4. Параболический концентратор Рис.5. Зависимость коэффициента концентрации в окрестности центра изображения краевого угла. только с лицевой стороны, справедливо уравнение: Тогда при Р - 800 Вт/м2, К = 104 и К = 4 ·104 равновесные температуры соответственно равны 3440 °К и 4850°К. Радиационные потери зависят от температуры в четвертой степени, однако зависимость равновесной температуры от К оказывается значительно слабее, чем можно было ожидать. Так, при прочих равных условиях для К=5000 равновесная температура составляет 2890°К. Даже с помощью невысокого качества зеркал можно получить Для получения максимального количества энергии облучаемое тело должно быть достаточно большим, чтобы принять все лучи отраженные от концентратора. Интенсивность отраженного излучения уменьшается по мере удаления от центра концентратора, Кроме того, с ухудшением оптических свойств зеркальной поверхности концентратора и с увеличением размеров приемника солнечной энергии уменьшается эффективное значение К, а следовательно, и равновесная температура. Введение эффективного коэффициента концентрации значительно упрощает расчеты величин в уравнении (4). Таким образом, интенсивность на входе приемника равна произведению:
где F - площадь поверхности приемника. Определенный таким образом коэффициент К зависит как от состояния воспринимающей поверхности коллектора, так и степени ее перекрытия солнечным изображением. При среднем качестве зеркал и использовании приемников, достаточно полно воспринимающих отраженное излучение, К обычно не превышает 10000. Равновесная температура составляет для такого коллектора около 1930°К.
|