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基于超音速射流吸附机理的光伏组件表面真空吸尘装置研究

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摘要

1.1研究背景

1.2 国内外光伏组件表面除尘技术研究现状

1.2.1国内光伏组件表面除尘技术

1.2.2国外光伏组件表面除尘技术

1.2.3研究现状分析

1.3研究的主要内容

1.4本章小结

第2章吸尘装置内关键部位流场分析及响应面分析

2.1 吸尘装置的工作原理

2.2超音速喷管内流态分析

2.3 超音速喷管的仿真模型及计算设置

2.3.1超音速喷管的几何模型

2.3.2超音速喷管的理论流场模型

2.3.3仿真设置

2.4 超音速喷管的仿真分析

2.5基于仿真试验的响应面分析

2.6 吸尘装置结构设计与流场仿真

2.7本章小结

第3章吸尘装置的离散元仿真分析

3.1 离散元法理论介绍

3.1.1离散元法的尘粒模型

3.1.2尘粒运动方程

3.2.1耦合仿真的基础原理

3.2.2耦合仿真的控制方程

3.2.3耦合仿真基础操作设置

3.3 真空吸尘装置的除尘仿真

3.3.1耦合仿真关键参数设置

3.3.2耦合仿真的三维模型建立

3.3.3耦合仿真结果与结构优化

3.4 本章小结

第4章吸尘装置清洁性能试验

4.1 吸尘装置的结构及加工

4.2 吸尘装置吸尘口速度验证试验

4.2.1试验方法和设备

4.2.2结果与分析

4.3 清洁气流作用下灰尘运动的高速摄影试验

4.3.1试验设备及方法

4.3.2试验结果分析

4.4 吸尘装置与除尘风刀总体清洁试验

4.4.1试验设备和材料

4.4.2试验步骤

4.4.3试验结果分析

4.5本章小结

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

附录

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摘要

光伏发电在全球总体能源结构中所占的比例逐年提升,国内外都在大力推广太阳能光伏发电,积极进行光伏电站的建设。由于光伏组件长期置于室外接受太阳辐射,光伏板表面会积聚许多环境中的灰尘颗粒,不仅会使光伏发电效率降低,也有可能会影响其使用寿命。课题组前期基于多级扩张腔除尘风刀实现了对光伏组件表面积尘的有效脱离,但灰尘扬起后会再次落下污染光伏板,本文提出了基于超音速射流吸附机理的光伏组件表面真空吸尘装置,并开展了流场仿真、结构优化与性能试验研究。论文的主要研究内容和结论如下:  1.真空吸尘装置是根据超音速射流产生的吸附效应进行工作的,本文通过建立超音速喷管实体模型并利用FLUENT软件对其进行了4个关键参数(进气压强、收缩角、扩张角和管径比)的108组全面流场仿真试验,分析了不同情况下气流的喷射情况及其成因,确定了影响喷射气流速度的关键因素是进气压强与管径比。  2.本文对108组全面流场仿真试验结果进行了响应面分析,得到6组关于出口气流速度的3D响应面,每组响应面涉及2个影响因素。经过分析对比,最终确定超音速喷管的设计条件为进气压强0.8MPa、管径比2.5、收缩角60°、扩张角8°,并通过流场仿真和结构改进优化真空吸尘装置内气流运动情况,避免灰尘滞留。  3.本文分析了除尘风刀与真空吸尘装置联合工作时除尘风刀出气口与吸尘装置吸气口以及光伏组件表面之间的流场状态,利用CFD-DEM耦合仿真得到在吹尘气流和吸尘气流共同作用下光伏组件表面上方浮尘颗粒的运动规律,并模拟不同吸尘气流角度对浮尘颗粒运动的影响。  4.利用3D打印技术加工了吸尘装置样机,根据CFD-DEM仿真结果确定吸尘装置与除尘风刀的相对安装角度,完成了光伏组件表面除尘试验样机搭建,使用高速摄影机拍摄了试验样机工作时光伏组件表面灰尘的运动情况,验证了仿真结果。最后,测试了除尘试验样机的除尘效果,验证了吸尘装置能有效收集除尘风刀产生的扬尘,提高表面除尘率。

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