常澤輝，李建業(yè)，李文龍，侯 靜，鄭宏飛

太陽能干燥裝置槽式復合拋物面聚光器熱性能分析

常澤輝1，李建業(yè)1，李文龍1，侯 靜2，鄭宏飛3

（1. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學能源與動力工程學院，呼和浩特 010051；2. 內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術學院機電與暖通工程學院，呼和浩特 010070；3. 北京理工大學機械與車輛學院，北京 100081）

直接式太陽能干燥系統(tǒng)在運行過程中，存在物料表面受熱易硬化而阻礙其內(nèi)部水分蒸發(fā)的問題，鑒于此，該文設計一種新型槽式復合拋物面聚光集熱太陽能干燥系統(tǒng)，其由槽式復合拋物面聚光集熱器、物料托盤、風機、空氣管、控制系統(tǒng)等組成。利用光學仿真軟件對系統(tǒng)中槽式復合拋物面聚光器進行光線追跡，計算分析不同入射偏角對聚光器光學效率、聚光效率等的影響機理。在此基礎上，搭建太陽能槽式復合拋物面聚光集熱干燥性能測試系統(tǒng)，在實際天氣條件下，對聚光集熱單元性能展開測試研究。結(jié)果表明，當入射光徑向偏角為10°時，聚光器理論光學效率可達到70.38%，晴天太陽光正入射運行、空氣流速為6.5 m/s時，接收體出口空氣溫度最高為37.2 ℃，比徑向入射偏角為10°時提高了7.8%；加裝玻璃蓋板可有效提高聚光器光熱轉(zhuǎn)換效率，晴天時其最大轉(zhuǎn)換效率為55%左右，比無玻璃蓋板時最大效率提高了約120%。研究結(jié)果可為主動式太陽能聚光集熱干燥系統(tǒng)的進一步應用提供了參考。

干燥；太陽能；效率；復合拋物面；性能

0 引 言

干燥是高耗能的單元操作[1]，可以利用太陽能對煙草、茶葉、咖啡、胡椒等進行干燥，在延長農(nóng)產(chǎn)品保存時效的同時，可以節(jié)省對化石能源的消耗。但傳統(tǒng)露天晾曬干燥易受到天氣、動物、細菌等的侵擾[2-5]。Sharma等[6]提出了直接式太陽能物料干燥器的概念[7]。但直接式太陽能干燥器在運行過程中存在物料表面由于高溫硬化而阻礙其內(nèi)部水分蒸發(fā)的問題[8]。為了提高太陽能干燥器的性能，尤其是縮短干燥時間、避免物料表面過熱、降低投資成本等，研究學者對主動式、被動式以及混合式太陽能干燥系統(tǒng)展開了研究和探索[9-20]。

王偉華等[21]優(yōu)化了南美白對蝦太陽能干燥工藝過程，研究了太陽能干燥溫度、風速和干燥量等對物料干燥能耗的影響特性，并基于試驗數(shù)據(jù)進行了裝置的中試。Dissa等[22]搭建了4層托盤芒果太陽能干燥器，在實際天氣條件下對其進行了試驗研究，建立了物料熱質(zhì)平衡方程式，分析了有效擴散系數(shù)、干燥速率、干燥效率等對系統(tǒng)性能的影響。Wafa等[23]在撒哈拉地區(qū)研究了帶有儲熱單元的主動式太陽能干燥器，其中直接太陽能干燥室位于間接太陽能干燥室的上方，結(jié)果表明，采用直接太陽能干燥室熱效率可以提高11.8%，并給出了適用于不同月份的計算模型。Hamdi等[24]采用理論分析和試驗測試的方法研究了日光溫室葡萄干燥系統(tǒng)，在測試條件下，太陽能集熱器效率在29.63%～88.52%之間，可在128 h內(nèi)，將葡萄的含水率降至0.22 g/g，并將試驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果進行了比對分析。

肉孜·阿木提等[25]測試了可對太陽方位角和高度角跟蹤的太陽能、電能混合干燥裝置的性能，結(jié)果表明，該裝置集熱量可達11 964 kJ/h，與傳統(tǒng)干燥方法相比，干燥時間縮短了52%。Ganapathy等[26]對一種由平板太陽能集熱器供熱的雙程振蕩谷物干燥器展開了研究，其每天可生產(chǎn)達到要求的谷物為45 kg，最高熱效率為38.61%。Hao等[27]提出一種由平板太陽能集熱器供能的混合式干燥器，建立了數(shù)學模型對系統(tǒng)熱力參數(shù)展開分析，結(jié)果表明，計算結(jié)果與測試結(jié)果吻合較好，系統(tǒng)最大集熱效率為50.8%，熱損失系數(shù)在2.5～6.2 W/(K·m2)之間變化。

傳統(tǒng)太陽能干燥系統(tǒng)在建造過程中需要占據(jù)大量土地資源，以提高收集的太陽熱能品位。加之太陽能集熱面積與散熱面積相等而導致系統(tǒng)熱利用效率不高。為了克服上述技術缺陷，太陽能聚光集熱技術受到了研究人員的關注[28-29]。凌德力等[30]采用槽式聚光系統(tǒng)供熱，實現(xiàn)了煙絲干燥的溫度匹配，得到了氣流溫度、速度及入口煙絲含水率等因素對煙絲干燥特性的影響。而槽式拋物聚光集熱器需要實時對日跟蹤，導致太陽能干燥系統(tǒng)建造和維護成本高昂。鑒于此，本文設計了一種由槽式復合拋物面聚光器（compound parabolic concentrator，CPC）驅(qū)動的太陽能干燥系統(tǒng)，該聚光器不需要實時對日跟蹤，易于對接收體進行隔熱保溫、同時還可以吸收部分散射光[31-32]。

本文首先利用光學仿真軟件對所設計太陽能干燥系統(tǒng)中槽式復合拋物面聚光集熱器的光學效率、聚光效率等進行模擬計算。在此基礎上，搭建槽式復合拋物面聚光集熱太陽能干燥性能測試系統(tǒng)，通過測試不同運行天氣條件下聚光器試驗數(shù)據(jù)，分析太陽輻照度、入射偏角及玻璃蓋板等對聚光集熱性能的影響，以期得到提高太陽能干燥系統(tǒng)熱利用效率和減小占地面積的有效途徑。

1 槽式復合拋物面聚光太陽能干燥系統(tǒng)

槽式復合拋物面聚光太陽能干燥系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 太陽能干燥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

Tab.1 Structure parameters of solar drying system

槽式復合拋物面聚光太陽能干燥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1a所示，系統(tǒng)外聚光集熱單元實物如圖1b所示。其中，集熱單元與干燥單元相分離，適合于小型分布式太陽能干燥應用。

系統(tǒng)采用空氣強制循環(huán)換熱運行，入射太陽光經(jīng)槽式復合拋物面聚光器匯聚到接收體上。接收體為圓柱單層玻璃管，內(nèi)置黑色平板吸收體，玻璃管內(nèi)空氣受熱生成熱空氣，經(jīng)熱空氣管進入干燥單元，在浮升力和風壓作用下穿過托盤，同時對放置于上、下層托盤上的物料進行脫水干燥。增濕降溫后的空氣通過排氣管排到系統(tǒng)外，補充的冷空氣經(jīng)位于排氣管中央的冷空氣管進入系統(tǒng)，同時吸收系統(tǒng)所排出空氣的廢熱，實現(xiàn)冷空氣的預熱和對排氣的回熱。之后在風機驅(qū)動下進入聚光器焦斑處的接收體內(nèi)，完成空氣的溫升。其中，干燥系統(tǒng)向陽的豎直墻體和屋頂均為雙層保溫透光玻璃板，可對干燥過程進行熱量補充，其他墻面均作保溫處理。

相對于傳統(tǒng)太陽能干燥系統(tǒng)，槽式復合拋物面聚光太陽能干燥系統(tǒng)具有如下特點：1）采用復合拋物面聚光器，在相同干燥溫度要求下，可以有效減少太陽能集熱器數(shù)量，減少太陽能干燥系統(tǒng)占地面積，提高系統(tǒng)適用性；2）干燥系統(tǒng)采用主動式空氣加熱和被動式晾曬干燥方式相結(jié)合，提高了空氣介質(zhì)運行溫度和循環(huán)速度，減少了干燥過程所需時間；3）集熱單元散熱面積僅為圓柱接收體外表面，小于集熱面積，且與玻璃蓋板形成溫室效應，減少了系統(tǒng)散熱損失。

2 槽式復合拋物面聚光器結(jié)構(gòu)及光學仿真

將先進太陽能聚光集熱技術與物料干燥技術高效耦合，既可以優(yōu)化傳統(tǒng)物料干燥工藝，又可以節(jié)省太陽能集熱器占地面積。本文選擇槽式復合拋物面聚光器作為太陽能集熱裝置，其具有低倍聚光、對跟蹤精度要求低、可吸收部分散射光、反射鏡面受積灰影響小以及建造成本低等特點。

2.1 復合拋物面聚光器結(jié)構(gòu)

復合拋物面聚光器是由美國科學家Winston首先提出[33]，為了減小聚光器對跟蹤精度的要求，本文聚光器在傳統(tǒng)復合拋物面聚光器基礎上，對組成聚光器的兩條拋物線和沿軸向遠離軸兩側(cè)進行平移，然后繞和點向外側(cè)旋轉(zhuǎn)后截斷，同時利用平面鏡、和底部拋物反射面將聚光器進行閉合，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2中光線￠和￠分別表示正入射到組成聚光器右側(cè)反射面上下2個邊緣點的入射光線，經(jīng)過聚光器后反射到圓柱接收體上，則其他入射到反射面上光線均匯聚于接收體上。光線￠表示進入聚光器入光口到底部拋物反射面上的正入射光線，經(jīng)反射后匯聚于接收體上，內(nèi)置黑色吸收板的圓柱玻璃接收體位于聚光器焦斑位置。為了便于后期推廣應用，接收體選用市售直徑為0.1 m的玻璃管，入光口玻璃蓋板寬度選用0.7 m，則其幾何聚光比約為2.23。

注：AB、CD為拋物反射面；BE、DF為平面鏡；EOF為底部拋物反射面；AC為入光口。

2.2 光學特性及光線追跡分析

用于太陽能干燥的槽式復合拋物面聚光器應保證在工作過程中，固定放置時能夠?qū)⒁欢ㄈ肷淦堑墓饩€匯聚到接收體上。定義入射光線與聚光器入光口對稱軸之間的夾角為入射偏角，將入射偏角分解為沿徑向入射偏角和軸向入射偏角，分別對應槽式復合拋物面聚光器東西放置時的太陽高度角和方位角（如圖1所示）。

復合拋物面聚光器幾何光學效率是指在不考慮入射光的衰減，而僅考慮由于逸出或被遮擋所造成光線損失時聚光器所具有的光學效率。將入射光線看作多條等距平行光線組成的矩陣，接收體表面的光線數(shù)量占進入聚光器入光口光線數(shù)量的比例即為幾何光學效率。接收體表面能流密度占進入聚光器入光口光線能流密度的比例即為聚光效率，計算公式如下：

式中0為聚光器聚光效率；n為聚光器光學效率；(，) 為徑向入射偏角為和軸向入射偏角為時接收體表面能流密度，W/m2；(0，0) 為正入射時進入聚光器入光口光線能流密度，W/m2；(，) 為徑向入射偏角為和軸向入射偏角為時接收體表面接收到光線數(shù)量，(0，0) 為正入射時進入聚光器入光口光線數(shù)量。

利用光學仿真軟件LightTools的光線追跡功能可以對聚光器幾何光學效率和聚光效率進行計算。按照聚光器和接收體實物實際尺寸建模，導入到LightTools中。為了提高對聚光器光學性能的計算精度，從設定的面光源輸出的光線設置為等距平行100′100光束，輻射能量為600 W/m2，與室外測試時平均太陽輻照度相近。聚光器反射面設置為鏡面反射，反射率為0.8，與實物所使用的反射鋁板反射率相同。正入射時，聚光器內(nèi)光線追跡傳播如圖3a所示，進入入光口的光線經(jīng)反射均被圓柱接收體所接收。當徑向入射偏角為10°時，聚光器內(nèi)光線追跡傳播如圖3b所示，入射到聚光器右側(cè)光線經(jīng)反射后部分被接收體接收，未被接收的光線經(jīng)左側(cè)反射面反射后逸出聚光器。

圖3 復合拋物面聚光器不同入射偏角的光線追跡

2.3 仿真結(jié)果分析

2.3.1 徑向入射偏角對聚光器光學性能的影響

槽式復合拋物面聚光器對入射光線聚焦能力會隨著太陽的運動軌跡變化而變化，其中入射偏角也是造成聚光器光學效率和聚光效率變化的影響因素之一。對固定放置聚光器光學性能隨徑向入射偏角（對應太陽高度角跟蹤）變化展開研究，可以獲取聚光器對跟蹤精度的要求。

設定光線徑向入射偏角從0°～10°變化，變化間距為1°，其對聚光器光學效率和聚光效率影響如圖4所示。

圖4 徑向入射偏角對聚光器性能影響

從圖4可以看出，聚光器光學效率和聚光效率均隨著光線徑向入射偏角的增大而降低，二者變化趨勢一致。光線正入射時，聚光器光學效率為99.68%，聚光效率為82.61%，比入射偏角為10°時增加41.23%。當徑向入射偏角為10°時，聚光器光學效率為70.38%，聚光效率為58.49%。表明所設計的聚光器不需要實時跟蹤太陽運動軌跡。

2.3.2 透光口對聚光器光學性能的影響

槽式復合拋物面聚光器屬于內(nèi)聚光型聚光器，接收體端頭安裝固定在聚光器的2個端面，為了保證聚光器的使用強度，端面一般為不透光金屬板。為了提高聚光器運行時間和聚光性能，可以在聚光器端面開設透光口，研究聚光器性能隨軸向入射偏角（對應太陽方位角跟蹤）變化規(guī)律對于聚光器的應用具有實際意義。在聚光器端面開設高度為95 mm的透光口，則其光學效率與端面未開透光口聚光器光學效率隨軸向入射偏角變化如圖5所示。

圖5 軸向入射偏角對聚光器性能影響

從圖5中可以看出，端面有、無透光口聚光器的光學效率均隨軸向入射偏角增大而直線下降。當軸向入射偏角為10°時，端面有透光口聚光器光學效率為30.7%，是端面無透光口聚光器光學效率的2.49倍，表明在端面開設透光口可以有效提高槽式復合拋物面聚光器性能。對于如何平衡端面透光口開設面積和接收體使用強度要求之間的關系還需要進一步開展研究。

3 槽式復合拋物面聚光器性能室外測試

3.1 試驗測試系統(tǒng)

由聚光器光學仿真計算結(jié)果可知，本文中槽式復合拋物面聚光器在提高接收體能流密度的同時，不需要實時對日跟蹤，這是其他類型太陽能聚光集熱裝置所無法實現(xiàn)的。為了驗證光學理論計算結(jié)果，在實際天氣條件下，對槽式復合拋物面聚光器在太陽能干燥系統(tǒng)中的實用性進行測試及分析。

測試系統(tǒng)中的槽式復合拋物面聚光器為自制，兩側(cè)端面開有透光口，入光口覆蓋超白鋼化玻璃，圍護采用反射鋁板，反射率為0.8，長度為2.0 m，其他參數(shù)與光學仿真模型完全一致。為防止過熱且考慮到系統(tǒng)建造成本，接收體選用內(nèi)置有黑色吸收板的單層玻璃管，直徑為0.1 m，長度為2.2 m，玻璃透光率＞0.9。

測試中，主要研究天氣條件、入射偏角、玻璃蓋板等對聚光器性能的影響。在玻璃管接收體進、出口處沿徑向等距布置3個K型熱電偶，取其平均值作為循環(huán)空氣在接收體內(nèi)進、出口溫度值，測試值由多通道溫度記錄儀（Sin-R6000C，杭州聯(lián)測自動化技術有限公司，杭州）實時監(jiān)測，空氣流速由熱線式風速計（TES-1340，泰仕電子工業(yè)有限公司，臺灣）測量，系統(tǒng)中風機選用耐高溫離心風機（DZ160，廣州市鑫風風機有限公司，廣州），環(huán)境溫度、太陽輻照度以及環(huán)境風速由太陽能發(fā)電監(jiān)測站系統(tǒng)（TRM-FD1，錦州陽光氣象科技有限公司，錦州）實時監(jiān)測，測溫用熱電偶測試精度為±0.5 ℃。

試驗中，槽式復合拋物面聚光器在運行過程中瞬時光熱轉(zhuǎn)換效率可由下式計算：

式中Q為玻璃管接收體集熱量，W；sun為聚光器入光口處太陽輻照度，W/m2；為聚光器入光口面積，m2；為接收體內(nèi)空氣質(zhì)量流量，kg/s；c為對應加熱溫度下空氣比熱容，J/kg·K；in，out為接收體進出口空氣溫度值，K。

測試前，對所使用的熱線式風速計、總輻射表、K型熱電偶、風速計等儀器進行了測試校核。測試地點選在內(nèi)蒙古呼和浩特市南郊（N40°50￠，E111°42￠），測試時間為2018年10月6日-2018年10月20日，空氣流速為6.5 m/s。

為了與光學理論分析結(jié)果進行對比，對徑向入射偏角與聚光器性能的關聯(lián)進行分析，盡量避免軸向入射偏角的影響，測試時間選擇在中午11:00-12:30，而此時間段對于內(nèi)蒙古呼和浩特地區(qū)正是太陽光正入射聚光器的有效時間范圍，所以本文選擇此時間段進行試驗測試。

3.2 測試結(jié)果與分析

3.2.1 天氣條件、入射偏角對聚光器性能影響

測試時，采用對比分析法對2組相同槽式復合拋物面聚光器在不同天氣、不同入射偏角條件下接收體出口空氣溫度進行分析。測試日分別選擇多云天（2018年10月14日）和晴天（2018年10月16日），2組聚光器均東西放置，吸收板與正午太陽入射光平行。一組聚光器接收正入射（即徑向入射偏角為0°）太陽光，另一組聚光器的徑向入射偏角為10°，天氣條件及2組聚光器內(nèi)接收體出口空氣溫度隨時間變化曲線如圖6，圖7所示。

從圖6、圖7可以看出，在晴天或多云天運行中，正入射時玻璃管接收體出口空氣溫度大于入射偏角為10°時接收體出口空氣溫度。多云天時，接收體出口空氣溫度要小于晴天時接收體出口空氣溫度，這主要是由于多云天太陽直接輻射值小于晴天太陽直接輻射值。晴天正入射時接收體最大出口空氣溫度為37.2 ℃，比入射偏角為10°時接收體對應出口空氣溫度提高7.8%。正午時分入射偏角為0°時，玻璃管接收體平均集熱量為445.73 W，比入射偏角為10°時增加了42.57%，與光學仿真計算結(jié)果相差3.3%。多云天氣條件下，接收體出口空氣溫度變化曲線表明該類型聚光器可以接受部分散射光。

圖6 測試時的太陽輻照度和環(huán)境溫度

圖7 接收體出口溫度隨入射偏角變化

3.2.2 玻璃蓋板對聚光器性能影響

槽式復合拋物面聚光器入光口處超白鋼化玻璃蓋板具有保護反射面受到灰塵污染、與聚光器圍護共同起到“溫室”作用、保護玻璃管接收體免受損壞等功能。其中玻璃蓋板對聚光器光熱轉(zhuǎn)換效率、循環(huán)空氣溫升的影響需要通過測試加以分析。

選取2組相同規(guī)格聚光器，在晴天太陽光入射條件下，對比研究有、無玻璃蓋板對聚光器性能的影響。有無玻璃蓋板聚光器接收體進、出口空氣溫度隨太陽輻照度變化如圖8所示。

圖8表明，對于2組測試聚光器，接收體進、出口空氣溫度變化趨勢與太陽輻照度變化趨勢相一致。有玻璃蓋板聚光器出口空氣溫度最大為33.2 ℃，無玻璃蓋板聚光器出口空氣溫度最大為25.6 ℃。究其原因，玻璃蓋板的安裝，使聚光器形成密封空間，在太陽照射下，產(chǎn)生“溫室”效應，有效對單層玻璃管接收體進行了隔熱保溫，而無玻璃蓋板聚光器中的單層玻璃管接收體受到周圍環(huán)境溫度、風速的影響較大，散熱損失較大。在測試中，玻璃蓋板對于消除聚光器結(jié)霜影響也有益處。2組聚光器光熱轉(zhuǎn)換效率計算對比如圖9所示。

圖8 接收體進出口溫差隨太陽輻照度變化

圖9 聚光器效率隨時間變化

從圖9中可以看出，由于聚光器加裝玻璃蓋板，其最大光熱轉(zhuǎn)換效率可以達到55%左右，比無玻璃蓋板聚光器增加了120%，測試周期內(nèi)平均光熱轉(zhuǎn)換效率為51.35%。無玻璃蓋板聚光器的最大光熱轉(zhuǎn)換效率約為25%，測試周期內(nèi)平均光熱轉(zhuǎn)換效率為19.09%。通過在聚光器入光口加裝玻璃蓋板可以有效提高裝置光熱轉(zhuǎn)換效率，同時還可以用單層玻璃管代替昂貴的玻璃真空管作為接收體，具有較好經(jīng)濟性。

4 結(jié) 論

為了減小太陽能干燥系統(tǒng)集熱器占地面積、提高太陽能光熱轉(zhuǎn)化效率，本文設計一種槽式復合拋物面聚光集熱太陽能干燥系統(tǒng)，利用光學仿真軟件對槽式復合拋物面聚光器聚光性能進行了理論計算分析，在此基礎上，測試研究了實際天氣條件下，不同入射偏角、有無玻璃蓋板等對槽式復合拋物面聚光器溫升、光熱轉(zhuǎn)化效率等的影響。得到以下結(jié)論：

1）光學仿真計算結(jié)果表明，當入射偏角為10°時，本文所設計的聚光器的光學效率仍可以達到70.38%。

2）對于復合拋物面聚光器等內(nèi)聚光式聚光器，在兩側(cè)端面開設透光口可以有效提高聚光器的光學效率。

3）在晴天運行，空氣流速為6.5 m/s時，太陽正入射聚光器接收體出口空氣溫度最高為37.2 ℃，比入射偏角為10°時提高7.8%。接收體集熱量為445.73 W，比入射偏角為10°時集熱量增加了42.57%，與光學仿真計算結(jié)果相近。

4）通過在槽式復合拋物面聚光器入光口加裝玻璃蓋板可以有效提高光熱轉(zhuǎn)化效率，最大效率約為55%，比相同運行條件下無玻璃蓋板聚光器效率提高120%。

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Analysis on thermal performance of trough compound parabolic concentrator in solar drying device

Chang Zehui1, Li Jianye1, Li Wenlong1, Hou Jing2, Zheng Hongfei3

(1.010051,; 2.010070,; 3.,,100081,)

Drying is an energy intensive process, which reduces the moisture content of the material to a certain preselected level to prevent deterioration. The increasing of agro-food products’ cost and the rapid depletion of fossil fuels accelerated the utilization of solar energy for drying. However, conventional open cycle solar drying system has several disadvantages, including the degradation of product quality caused by sudden rain, wind and dust, loss of the products due to rodents, birds and insects. To overcome these disadvantages and ensure better control of solar drying aspects, the direct solar drying systems have been designed and improved over decades. It has been noted that direct exposure to the sun during sunny day, particularly when the ambient temperature reaches to 30 ℃ or higher, might cause case hardening, which trapping moisture inside the products scattered. Based on the previous researches, this paper therefore designs a novel concentrated solar drying system. In this case, a trough compound parabolic concentrator (CPC) as heater is employed for solar-energy collection for heating of inlet air. Apart from this, the system is also configured with several trays, fan, operation air tube, control device, et al. Compared with the previous solar drying system, it not only improves the thermal efficiency of the system but also reduces the land area of the solar collectors. The system is suitable for use distributed and controllable for drying process. Its operation principle of the system can be shown as follows: Several concentrators installed with glass receiver are connected with air tubes. Then in the receiver, a plate heat transfer fin is spread by a black composite material coating to increase the sun absorptivity. The thickness of the fin is 1.5 mm. The air inside the receiver is heated to a higher temperature by the concentrated light. The heated air flows into the drying unit through the hot air pipe driven by fan. Then the flowing hot air passes through the materials placed on the trays. The materials will be heated and moisture will be removed. As the air driven by the fan flows towards exhaust pipe, the waste heat contained in the air in the exhaust pipe will transfer to the supplementary air in the cold air tube, which improves the system energy efficiency. The working principle of the trough compound parabolic concentrator and structure are introduced. A 3D model of the concentrator is obtained in commercial software SolidWorks, then is exported in IGES digital format so that it could be imported to optical analysis software to analyze ray tracing. The concentrating efficiency and optical efficiency of the concentrator have been calculated and analyzed. Based on the simulated results mentioned above, an experimental system driven by several trough compound parabolic concentrators is constructed to study the drying performance of the system outdoors. The geometric parameters of the concentrator unit are the same as the unit previously discussed. The results indicate when the radial incidence angle is 10°, the optical efficiency can reach to 70.38%. The light window is set in the sides of the concentrator has benefit to enhancement of the optical efficiency when axial incidence angle is not 0°. In sunny day, the maximum air temperature of the outlet can be reached to 37.2 ℃, which is higher than that of the unit when radial incidence angle is 10° by 7.8% when the air flow rate is 6.5m/s. A glass cover is placed on concentrator aperture to minimize convective heat losses from the receiver. The maximum thermal efficiency of the device with glass cover can be about 55%, which is higher than that of the concentrator without glass cover by about 120%. Thus, this study is able to provide theoretical and experimental reference for further application for active solar drying technology.

drying; solar energy; efficiency; compound parabolic; performance

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.023

TK519

A

1002-6819(2019)-13-0197-07

2019-02-20

2019-04-09

國家自然科學基金項目（51666013）；內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大專項（2018）；內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學?？茖W研究項目（NJZY17491）；內(nèi)蒙古自治區(qū)高校青年科技英才支持計劃；內(nèi)蒙古自治區(qū)研究生科研創(chuàng)新項目（S2018111948Z）

常澤輝，教授，博士生導師，主要從事太陽能光熱利用技術研究。Email：changzehui@163.com

常澤輝，李建業(yè)，李文龍，侯 靜，鄭宏飛.太陽能干燥裝置槽式復合拋物面聚光器熱性能分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2019，35(13)：197－203. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.023 http://www.tcsae.org

Chang Zehui, Li Jianye, Li Wenlong, Hou Jing, Zheng Hongfei.Analysis on thermal performance of trough compound parabolic concentrator in solar drying device[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(13): 197－203. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.023 http://www.tcsae.org