槽式太阳能集热管真空性能无损检测技术及其装置研究

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集热管环形空间真空性能降低将导致其热损显著增大以及太阳选择性吸收涂层的劣化,进而造成整个槽式太阳能热发电系统效率降低及经济损失。为解决在系统运行和维护中如何实时、无损的识别与评价集热管真空性能问题,本论文提出了一种基于高频火花放电原理和发射光谱原理的集热管真空性能无损检测技术,研究了不同气体种类、压强与其放电光谱特性的关系与规律,并开发完成了集热管真空性能无损检测装置。主要研究内容包括:首先本文提出一种基于高频火花放电原理和发射光谱原理来实现对集热管环形空间真空性能的检测方法,设计并开发了气体放电系统、光谱检测系统构成检测装置的硬件系统并用其开展相关实验。通过实验得到集热管环形空间中最常出现的五种气体(氢气、氦气、氮气、氩气、空气)各自在不同气压下放电特性与发射光谱,分析不同气压下各气体发射光谱特征峰波长与气体种类、光谱强度与气压之间的拟合规律。设计集热管真空性能无损检测软件,该软件结合了采集、数据分析及结果输出的功能,结合检测装置的硬件系统形成一套完整的集热管真空性能无损检测装置。经过大量测试与验证,结果表明:利用此技术与装置可以准确获得气体种类及分压。其次探究玻璃外管温度对真空性能无损检测的影响。建立基于建模软件COMSOL Multiphysics的集热管环形空间气体放电模型,分析环形空间内气体放电时等离子体电子温度和电子密度随气压的变化规律,探究玻璃外管温度对真空性能无损检测的影响。分析得出:玻璃外管温度对真空性能无损检测的影响较小。最后本文采用研发的集热管真空性能无损检测装置对槽式太阳能热发电站中的集热管进行了真空性能检测与评估。抽检了30根集热管,其中28根集热管真空性能良好,2根集热管内分别检测到氮气和氩气、氮气和氢气。本文所提出的集热管真空性能无损检测技术及装置可以很好地在槽式太阳能集热系统或发电系统中在线应用,同时该检测技术的检测时间短、检测装置轻便易携带,极大地了提高了现场测量的效率。通过该检测技术及装置对集热管进行真空性能无损测试,将为提高系统效率和降低运行维护成本起着重要指导意义。
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