具体描述
本书系统地论述了太阳能热利用的基本原理，介绍了我国在太阳能热利用方面的进展，国内外太阳能利用的发展趋势，讨论了太阳辐射的性质和计算方法，汇总了有关太阳能利用的传热知识；重点分析了平板型集热器的原理和性能，热储存原理及热水系统、热动力与热发电、制冷空调和供暖、绿色植被对建筑物辐射换热的影响、海水淡化等太阳能热利用的实用系统。最后介绍了太阳能系统性能的计算机模拟与几个较深入的专门问题。
本书可作为大专院校的本科生及研究生教材，可供太阳能热利用、能源工程、动力机械、环境保护、建筑和农业科技等部门的科研、工程人员参考。
好的，这是一份关于一本名为《太阳能热利用原理与计算机模拟》的图书的详细简介，请注意，这份简介完全是针对您提供的书名所设计的内容的“反向”描述，即详尽地介绍与该书名主题 相关 但 不 包含 具体内容 的 领域和知识体系 ， 以 避免 直接 描述 该书 本身 。 --- 图书领域前沿概览：热能转换、系统优化与前沿能源技术发展趋势 本领域的研究与工程实践，聚焦于如何高效、可持续地捕获、转化、存储和应用自然界中的热能资源，特别是太阳辐射能，并辅以先进的计算工具进行精确预测和系统设计。尽管我们此刻不讨论任何特定教材的章节结构或习题设置，但可以从宏观角度勾勒出这一学科体系的广阔图景及其核心关切点。 一、 基础热力学与辐射物理的基石 任何涉及能量转化的工程学科都建立在坚实的物理学基础之上。在太阳能热利用的范畴内，这要求从业者对热力学第二定律有深刻的理解，包括熵增原理在能量转换过程中的限制性作用，以及卡诺循环与朗肯循环等热力学循环的实际效率瓶颈。 更关键的是对热辐射物理的掌握。这不仅仅是理解黑体辐射定律（如普朗克定律和斯忒藩-玻尔兹曼定律），更重要的是深入研究实际材料表面的光谱选择性吸收与发射特性。如何设计出能在可见光波段高吸收、而在红外波段低发射的涂层，是提高集热器效率的物理前提。此外，辐射在复杂介质中的传输机制，如透过大气层后的衰减计算，是确定可用太阳能强度的第一步。 二、 核心热能收集与转换技术路径 太阳能热利用技术（Solar Thermal Technologies, STT）并非单一技术，而是一个包含多个技术流派的复杂体系。 1. 低温和中温利用系统 这主要涵盖生活热水、供暖和空间制冷的应用场景。技术核心在于平板集热器和真空管集热器的结构优化。这涉及流体动力学在集热器内部的流动特性分析，如自然循环与强制循环系统的设计差异。在材料科学层面，需要关注集热管路的耐腐蚀性、抗高温软化能力以及绝热材料的长效性能。对于空调应用，吸收式制冷循环或吸附式制冷循环的集成是关键，这要求对制冷剂/吸收剂对（如水/溴化锂、氨/水）的相变特性有精细的控制。 2. 高温太阳能热发电（CSP） 这是将太阳能转化为电能的高级形式，主要依赖于将光能聚焦产生高温蒸汽或导热油。这一领域的技术复杂性呈指数级增长： 聚光器几何设计： 包括抛物面槽式（Parabolic Trough）、定日镜场（Heliostat Field）和菲涅尔聚光器。设计目标是最大化接收面积与有效聚焦面积的比值，同时最小化阴影效应和遮挡损失。 吸热器技术： 针对不同工作流体（如导热油、熔盐、超临界二氧化碳）的工况，吸热器需要承受极高的热负荷和热冲击。熔盐系统对材料的抗氧化性和热循环稳定性提出了严峻挑战。 热能存储（Thermal Energy Storage, TES）： 这是CSP系统与传统火电平滑调峰能力的关键。主要研究方向包括显热存储（如使用熔盐或岩石作为储热介质）和潜热存储（利用相变材料PCM）。对这些介质的比热容、导热系数以及长期循环稳定性进行精确评估至关重要。 三、 系统集成、控制与能效评估 将单个组件组合成一个稳定、高效的系统，需要跨学科的知识整合。 系统集成要求对热力系统、流体系统和控制系统进行耦合分析。例如，在区域供热或工业余热回收系统中，如何设计最优的热交换网络以减少二次能源的消耗，是衡量项目经济性的核心指标。 控制策略的优化是实现“智能”太阳能系统的保障。这包括： 聚光跟踪控制： 保证定日镜始终精确指向太阳，应对风载和机械误差。 温度/压力反馈控制： 在高压/高温工况下，维持系统在安全、高效的运行区间。 混合系统调度： 当太阳能不足时，如何无缝切换到辅助热源（如天然气锅炉），并优化切换点，以最小化运行成本。 能效评估标准的建立与应用，如Collector Efficiency Factor ($eta$)、系统平均性能系数（COP/PCP）的计算方法，以及生命周期评估（LCA），为不同技术路线的对比提供了量化的依据。 四、 计算机辅助工程方法论概述 在现代工程设计中，计算机模拟与建模已不再是辅助工具，而是核心的设计驱动力。虽然具体方法各有侧重，但此领域的“工具箱”通常包含以下几个关键模块： 计算流体力学（CFD）： 用于分析集热器内部、储热罐内或复杂管道网络中的非均匀温度场和流场分布。CFD的挑战在于如何准确耦合热辐射、对流和传导，尤其是在高粘度或多相流体工况下。 系统级仿真软件（System Modeling）： 使用如MATLAB/Simulink或特定流程模拟软件（如TRNSYS, SAM等框架）搭建整个能源系统的动态模型。这旨在捕捉系统在日照变化、负荷波动下的瞬态响应特性，而不是仅关注稳态性能。 材料性能预测与优化： 利用第一性原理计算（DFT）或分子动力学模拟，预测新型光热材料在极端温度下的稳定性和长效性。 总而言之，该研究领域要求设计者不仅要精通热物理的定律，还要能够利用先进的计算工具来预测、验证和优化复杂工程系统的行为，从而推动太阳能热利用技术向更高效率、更低成本和更可靠的方向发展，以应对全球能源结构转型的迫切需求。这涉及从微观的材料界面设计到宏观的电网集成，是一个知识密度极高的前沿交叉学科。
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