随着“双碳”政策的提出,针对环境恶化、化石能源短缺等关乎人类生存发展前景的问题,可再生能源的低成本高效率利用得到了广泛的关注,而太阳能作为一种清洁、低成本的可再生能源更是被寄予厚望。同时,水资源的短缺一直是中国乃至世界都难以解决的问题,太阳能海水淡化技术的发展是解决水资源短缺的有效手段之一。本文以聚光热局域化界面蒸发海水淡化系统为研究主线,利用仿真模拟与实验研究,开展聚光器的设计及性能分析、聚光器均匀度优化、光热局域化界面蒸发海水淡化系统方案设计这三个方面的研究,以期为高倍点式聚光器的发展以及聚光热局域化界面蒸发海水淡化系统的应用提供理论支撑。本文的主要研究内容有:1、环形菲涅尔反射器的设计与性能分析根据传统的线性菲涅尔聚光器以及菲涅尔透镜,本文进行了新型环形菲涅尔反射器的结构原理分析与理论建模,搭建了相应的三维模型以及光线追迹模型,对环形菲涅尔反射器进行变结构参数的性能分析,得出了反射镜的顶层在聚光方面缺陷较大的结论;此外,对反射器可能发生的设备偏差以及追踪偏差进行了误差分析,当跟踪偏差在1°以内时聚光器的性能表现良好,光线接收率不低于96.79%。2、环形菲涅尔聚光装置的构型优化根据反射器顶层镜片的缺陷,本文在反射镜中心区域添加菲涅尔透镜形成了环形菲涅尔聚光器,并根据菲涅尔透镜的设计原理得出了环形菲涅尔聚光器的结构参数设计流程;此外,根据前文建立的光线追迹模型,对环形菲涅尔聚光器进行了仿真性能分析与误差分析,增加透镜以后聚光比、平均辐照值、最大辐照值以及接收面太阳能功率分别增加了 8.83%,9.49%,10.70%以及9.49%;在此基础上,搭建了相应的实验台,利用盘管散热器作为接收面进行了实验分析,在接收面表面温度方面对比了透镜添加前后的实验性能,增加透镜后温差接近500℃,不带透镜时温差约为400℃;最后分析了环形菲涅尔聚光器能量场不均匀性产生的原因,提出了优化方案。3、射流微通道均热装置的数值仿真与实验分析在聚光器的设计基础上,本文从均热装置的角度进行聚光器能量均匀性的优化。在前人对均热装置研究的基础上,根据聚光器的结构对射流微通道均热装置进行适配性调整及优化;利用Solidworks进行了均热装置三维模型的搭建,采用有限元软件进行了网格的划分、控制方程的建立以及模型的求解,分析了变工况下均热装置的性能表现,并利用实验进行了模型的验证。最后,搭建了相应的实验台,进行了聚光情况下均热装置的实验性能分析,射流微通道均热装置表面最大温差为130℃,最小为93℃左右,与盘管式散热器500℃的温差有着显著的差异。4、聚光热局域化界面蒸发海水淡化系统设计及性能研究基于环形菲涅尔聚光器的聚光特点以及结构特性设计了新型蒸馏器,并根据界面蒸发技术的原理选择了适配聚光工况的蒸发体材料,同时对蒸馏器进行了相应的改造,形成了适用于环形菲涅尔聚光器的聚光热局域化界面蒸发海水淡化系统;搭建了界面蒸发系统的数学模型,耦合了射流微通均热装置与界面蒸发系统,提出了系统总体设计方案;根据现有实验条件搭建了相应的实验台,对改造前后蒸馏器的海水淡化性能进行对比性实验研究,分析了二者的性能差距,界面蒸发式GOR最大为27.1%,底面加热式最大为15.75%,得出聚光工况下界面蒸发技术相较于传统底面加热式技术的性能优越点;最后本文根据多篇参考文献进行了太阳能海水淡化系统的横向效率对比分析,结合本文系统的性能表现,得出聚光式界面蒸发技术有着一定的应用前景的结论。综上所述,本文通过对聚光器结构参数及其能量场分布特性的优化,结合界面蒸发特点,提出了基于环形菲涅尔聚光集热及其热量场均布技术的界面蒸发海水淡化系统的设计方案,为太阳能海水淡化的工程化应用提供了一条可行途径。