混合颗粒吸热器的综合光学性能研究与优化

戴贵龙， 皇甫江飞， 王孝宇， 刘益硕（福建理工大学生态环境与城市建设学院建筑新能源与节能福建省高校重点实验室）

摘要：为降低高温吸热器太阳光反射和红外辐射散热损失，提高吸热温度和效率，设计并加工了一种石英玻璃切角拉西环颗粒。结合石英玻璃球和氮化硅球，通过分层堆叠，组建了R5B0、R4B1、R3B2、R2B3、R1B4、R0B5六种混合颗粒吸热器。采用颗粒尺度光线跟踪模型，结合实验测量验证，对混合颗粒吸热器的综合光学性能及其影响因素进行研究。结果表明，石英玻璃切角拉西环颗粒能显著降低聚集太阳光反射损失，而石英玻璃球能有效抑制红外辐射损失。R5B0的聚集太阳光反射损失较R0B5低10% 左右，而R0B5的红外发射率较R5B0低3.7%~9.7%（工作温度范围为800~2500 K）。在不同工作温度下，最高热效率对应的吸热器类型不同。在低温工作段，R5B0热效率最高，而在高温工作段（>2175 K），R0B5热效率最高。由于石英玻璃对太阳辐射吸收低，石英玻璃颗粒吸收的太阳能份额仅占3.0%~6.5%，对降低石英玻璃颗粒的工作温度、维持光学性能具有重要的现实意义。

关键词：几何光学；太阳能；颗粒吸热器；光谱特性；辐射传输；光学效率