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线性菲涅尔反射器系统在太阳能辐射集中中的应用

期刊:Springer Nature Switzerland AGDOI:10.1007/978-3-030-05279-9

这篇文档属于类型c,因为它并非单一原创研究的报告,也不是科学论文,而是一本关于线性菲涅尔反射器系统(Linear Fresnel Reflector Systems)的书籍的序言和部分章节内容。以下是文档的骨架和主要要点的总结:

1. 书籍基本信息

  • 作者: Stavros Karathanasis
  • 所属机构: Department of Environment and Spatial Planning of Central Macedonia, Decentralized Administration of Macedonia and Thrace, Thessaloniki, Greece
  • 出版信息: 由Springer Nature Switzerland AG于2019年出版,ISBN为978-3-030-05278-2,电子书ISBN为978-3-030-05279-9,DOI为10.1007978-3-030-05279-9。
  • 书籍标题: Linear Fresnel Reflector Systems for Solar Radiation Concentration: Theoretical Analysis, Mathematical Formulation and Parameters’ Computation Using MATLAB

2. 书籍主题与背景

本书的主题是线性菲涅尔反射器系统(Linear Fresnel Reflector Systems, LFR)在太阳能辐射集中领域的应用。线性菲涅尔反射器系统是一种用于集中太阳能的技术,相较于其他太阳能集中技术(如抛物槽式系统、太阳能塔和抛物碟式系统),它具有构造简单、成本较低等优势。然而,LFR系统也存在一些固有设计难题,如光学效率较低、阴影和遮挡效应等。本书旨在通过理论分析和数学建模,为LFR系统的设计、构造和实施提供全面的指导。

3. 书籍结构与内容概述

本书共分为10章,每章内容如下:

第1章:太阳能辐射的集中

本章介绍了太阳能辐射集中的必要性,以及不同太阳能集中技术的分类和比较。重点讨论了线性菲涅尔反射器系统的优势与劣势。
- 优势: 构造简单、成本低、易于维护、风荷载较小、土地利用率高。
- 劣势: 光学效率较低、对太阳位置的敏感性较高、阴影和遮挡效应显著。

第2章:太阳能辐射

本章详细探讨了太阳能辐射的基本原理,包括太阳辐射的频谱、大气层对辐射的衰减过程(如散射和吸收)、以及太阳辐射在地球表面的几何特性。这些知识是设计太阳能集中系统的基础。

第3章:几何光学

本章介绍了与太阳能集中系统相关的几何光学原理,包括光的反射定律、费马原理、以及平面镜、球面镜、抛物面镜和线性菲涅尔镜的光学特性。

第4章:线性菲涅尔反射器系统的设计参数

本章详细讨论了线性菲涅尔反射器系统的几何参数,包括反射器的宽度、间距、接收器高度、系统方位角等。此外,还介绍了太阳跟踪系统的作用及其对系统效率的影响。

第5章:几何光学损失

本章分析了线性菲涅尔反射器系统中的几何光学损失,包括阴影效应、遮挡效应、端部损失和余弦效应。这些损失是影响系统效率的重要因素。

第6章:接收器二次反射器

本章探讨了接收器二次反射器的设计和性能,包括不同形状的二次反射器对系统光学效率的影响。

第7章:设计参数的计算

本章介绍了计算线性菲涅尔反射器系统设计参数的方法,包括反射器间距、倾角、宽度等。此外,还讨论了太阳角尺寸对系统设计的影响。

第8章:案例研究——菲涅尔反射器太阳能炊具

本章通过两个案例研究,展示了如何将线性菲涅尔反射器系统应用于太阳能炊具的设计与构造。案例研究包括线性菲涅尔反射器太阳能炊具和锥形菲涅尔反射器太阳能炊具。

第9章:MATLAB简介

本章简要介绍了MATLAB软件的基本使用方法,包括脚本文件的编写、变量的定义、数组和矩阵操作、决策结构、循环结构等。MATLAB是本书中用于计算和分析设计参数的主要工具。

第10章:计算应用

本章提供了前几章中理论分析的实际计算应用,并附带了相应的MATLAB代码。这些代码可以帮助读者理解和应用本书中的设计方法。

4. 书籍的主要价值与意义

本书的价值在于它为线性菲涅尔反射器系统的设计和优化提供了全面的理论框架和实用的计算工具。通过详细的数学建模和MATLAB代码,读者可以深入理解LFR系统的工作原理,并能够独立设计和优化此类系统。此外,本书还通过案例研究展示了LFR系统在实际应用中的潜力,特别是在中小规模的应用场景中(如太阳能炊具、工业过程加热等)。

5. 书籍的亮点

  • 全面的理论分析: 本书从太阳能辐射的基本原理出发,逐步深入探讨了LFR系统的设计参数、光学损失、接收器设计等关键问题。
  • 实用的计算工具: 通过MATLAB代码,读者可以直接应用书中的理论进行实际计算和设计。
  • 案例研究: 通过太阳能炊具的案例研究,展示了LFR系统在实际应用中的可行性和优势。
  • 多学科交叉: 本书结合了物理学、几何光学、环境科学和工程学等多个学科的知识,为读者提供了跨学科的研究视角。

6. 其他有价值的内容

  • 作者背景: Stavros Karathanasis在环境物理学领域有超过15年的研究经验,并在希腊亚里士多德大学的环境物理学硕士项目中担任教职。他的专业背景为本书的理论分析和实际应用提供了坚实的基础。
  • MATLAB代码的详细说明: 本书附带的MATLAB代码经过详细注释,即使是编程初学者也能轻松理解和使用。

7. 总结

本书是一本关于线性菲涅尔反射器系统的理论和实践指南,适合学生、工程师和科学家阅读。它不仅提供了全面的理论分析,还通过MATLAB代码和案例研究展示了LFR系统在实际应用中的潜力。对于从事太阳能集中系统设计和研究的读者来说,本书是一份宝贵的参考资料。

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