螺旋盘管腔式熔盐太阳能吸热器的分析优化和研制

针对电工所开发的太阳能制氢用碟式聚光器,本文提出了一种螺旋管腔式熔盐太阳能吸热器,建立了螺旋管腔式熔盐太阳能吸热器的数学物理模型,进行了吸热器性能的计算分析,得到了吸热器结构参数以及熔盐流速对吸热器性能的影响规律,并从中选择了吸热器的最优结构参数,在此基础上研制出了螺旋盘管腔式熔盐太阳能吸热器样机.     

腔式太阳能吸热器热性能的模拟计算

腔式吸热器是塔式太阳能热发电系统中非常关键的一个部件,它的性能直接关系到整个发电系统的效率,因此对吸热器内的太阳能热流密度及吸热器的效率进行计算在吸热器设计中便显得尤为重要.本文提出了一种综合计算的方法来解决这个问题:首先利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法来模拟吸热器内太阳光束的行为,得到吸热器内的太阳能热流密度分布;然后利用流动换热的相应公式计算出吸热器内吸热管道的壁温;接着再对吸热器内空气的流场进行计算得到吸热器管道的热损失.利用这种综合计算的方法可以估算出太阳能在吸热器表面的热流密度分布以及吸热器的效率,为吸热器设计提供一定的理论指导.     

碟式太阳能复合圆锥型腔式吸热器热性能评估

在碟式太阳能热发电技术中,吸热器是光热转换的重要装置,其热性能直接影响整个电站的安全可靠性和经济性.本文针对碟式聚光集热系统,采用光线踪迹法,建立复合圆锥型腔式吸热器内表面热流密度分布数值模型及吸热器内传热耦合模型,探究腔体结构对受热面热流密度分布特性及吸热器热传热耦合特性的影响.研究结果表明:腔体内部锥角α增大时,腔体内表面热流密度呈现不同的分布规律,腔式吸热器辐射热损失逐渐增大,对流热损失先增大后减小;通过选择合理的吸热器内部锥角,可以有效地优化吸热器热效率.     

有风环境下太阳能吸热器混合对流热损失特性

采用三维数值模拟方法研究了太阳能吸热器在有风环境下的混合对流热损失特性,得到了吸热器腔体内部的温度分布和采光口截面的速度分布以及对流热损失大小与倾角、风向的关系曲线。结果表明,与无风环境下太阳能吸热器对流热损失随倾角增加而单调减小的规律不同,有风环境下,太阳能吸热器混合对流热损失同时受到环境风和倾角的共同影响,且规律较为复杂。当风向背对采光口时,吸热器混合对流热损失在不同倾角下随风向的变化较小,但当风向正对采光口时,吸热器混合对流热损失随风向的变化较为剧烈,受到倾角的影响也较为显著。     

太阳能腔式吸热器表面反射率的选择

由于开口处阳光能流密度的不均匀分布以及阳光的单侧投射使得太阳能腔式吸热器内部吸热管表面的热流密度分布呈现出高度得不均匀性,严重影响吸热器运行的安全可靠性。采用建立的耦合计算模型对一个饱和蒸汽太阳能腔式吸热器的热性能进行了数值模拟,提出了一种沸腾管表面反射率的优化分布方式,从而改善了吸热器内部沸腾管表面热流密度和温度分布的不均匀性.     

槽式集热器吸热管外混合对流换热数值模拟

本文总结了太阳能抛物槽式集热器吸热器玻璃管外对流换热的影响因素.在Shiraz 250 kW槽式太阳能热发电系统集热器结构基础上,采用最佳口径比,设计了几种结构参数不同且具有典型意义的集热器;并对所设计不同集热器结构及位置因素影响下的吸热管外混合对流换热进行了数值模拟.模拟结果表明:吸热管外混合对流平均换热热损失随集热器距地距离增大而增大,但增幅越来越小;随集热器两半反射器间间距增大而减小.而不同结构参数下混合对流换热热损失,主要受到风流在不同运行方位下由于集热器阻滞所形成的风流压力场及速度场的影响,且随结构参数呈一定趋势变化.在此基础上进一步可研究吸热器复杂耦合传热过程.     

太阳能腔式吸热器沸腾传热性能研究

腔式吸热器是太阳能塔式热发电系统中光热转换的重要设备,由于其长期在高密度、非均匀辐射热流条件下工作,因此对其性能进行研究具有重要意义。本文对腔式吸热器的整体结构和吸热面进行了设计,采用改进的蒙特卡罗法与对流换热耦合的方法模拟了腔体内部热流密度分布,分析了吸热管束内部汽液两相流的流量、温度、以及管壁表面温度等参数的变化规律,从而对不同位置的换热系数进行预测,比较全面地认识吸热器整体性能。     

太阳能腔式吸热器不同启动状态下启动性能研究

由于太阳能在时间上的非连续性使得太阳能腔式吸热器要频繁地经历不同的启动过程,对腔式吸热器在冷态启动、温态启动和热态启动过程中的热性能进行了模拟。计算得到了吸热器在三种启动过程中入口处所需的太阳光能量,可为定日镜场的布置及控制提供理论指导,同时还得到了吸热器在启动过程中热效率及辐射热损失、对流热损失随时间变化的曲线。     

太阳能腔式吸热器启动过程性能的数值模拟

提出了由太阳能腔式吸热器所需净能量推算其开口所需太阳光功率的计算模型.通过给定吸热器温升速率,计算得到了腔式吸热器在启动过程所需的净能量.根据吸热器所需净能量,结合吸热器的实际结构和周围的风速条件,计算获得了吸热器启动过程开口所需功率随时间的变化规律,并得到了启动过程的效率曲线和热损失曲线,可为吸热器的高效和安全启动提...     

螺旋盘管腔式太阳能吸热器的热力耦合特性

螺旋盘管腔式吸热器在塔式和碟式太阳能热利用中都有广泛的应用。聚集热流的非均匀性导致吸热器内产生温度梯度,从而在管内产生热应力,导致吸热管变形,而当温度梯度足够大时,热应力会导致吸热管破坏,严重影响吸热器的寿命。本文以四种气体工质为传热介质,基于CFD分析得到气体在吸热器中的管内流动情况及管壁的温度场分布,再将管壁得到的温度场直接加载到热应力分析模型中得到螺旋管的热应力分布。     

太阳能制氢腔式吸热器混合对流的数值模拟研究

混合对流热损失是影响太阳能与生物质超临界水气化耦合制氢腔式吸热器热效率的关键因素之一。本文以动力工程多相流实验室建成的生物质超临界水与太阳能聚集供热耦合制氢腔式吸热器为研究对象,对腔式吸热器混合对流换热进行了数值模拟研究。通过使用RNGkε湍流模型,研究了制氢吸热器在外界风吹掠环境下的混合对流热损失,获得了腔式吸热器在不同风速、风向吹掠下的混合对流换热准则Nusselt数。模拟结果表明,侧向风与侧迎向风对腔内对流热损失影响最大,当风速超过某一数值(Richardson数>1),外界风诱发的强制对流会在对流热损失中占主导作用,且随着风速增加,混合对流热损失随Re提高而增大。     

容积式吸热器内聚集太阳能的传输特性研究

将泡沫孔筋等效成粒子系,建立了抛物面聚光器与容积式吸热器数理模型。基于Mie理论计算泡沫材料的散射特性,采用蒙特卡洛射线踪迹法模拟聚集太阳光在泡沫材料内的传输衰减特性。通过计算,获得了吸热器体积内的太阳能流吸收分布。结果表明:吸收太阳能流集中在吸热器底部,随着孔隙率和孔隙直径增加,吸热器内的太阳能吸收分布均匀性更好。研究结论为容积式太阳能吸热器结构设计与性能分析提供了参考。     

塔式吸热器中辐射传播过程的参数分析

采用自编程的蒙特卡罗光线追迹程序模拟了太阳辐射在吸热器中的传播过程,计算求得了吸热体内的热流密度分布情况。由随机光于的传播特性可知,不同的系统参数会对吸热体内辐射分布产生影响。根据太阳辐射在吸热器中的传播顺序,本文依次考察了入射光倾角、多孔介质的几何形状以及厚度、吸收系数与消光系数比值(μ_a/μ_t)以及孔隙率(ε)等因素对SiC泡沫金属吸热体内吸收辐射分布的影响。计算结果表明入射光倾角和吸热体的几何形状是影响吸热体内热流分布均匀性的主要因素,且随着μ_a/μ_t比值的降低和ε的增加,吸热体内热流密度极值迅速减小,同时厚度方向的热流密度梯度变缓。本文的研究结果可以为太阳能吸热器的结构设计和材料选择提供参考。     

抛物槽式太阳能集热器集热实验及模拟研究

本文采用真空集热管在抛物槽式太阳能平台上进行了实验研究,传热工质为YD300型合成导热油。实验测定了该集热管的散热损失,并数值模拟了吸热管表面的能流密度分布。以此为边界条件研究了该集热管的换热性能。结果表明,循环工质温度和环境温度之差为180℃时,散热损失为220 W/m;该集热器吸热管表面圆周方向能流分布集中,流量对温度分布影响较大,当太阳直射辐照为1000 W/m~2,导热油温度为200℃,流量为0.5 kg/s时,吸热管圆周方向最大温差50℃左右,当流量增加到2.0 kg/s时,最大温差减小到20℃左右。     

八达岭太阳能塔式热发电吸热器水动力特性仿真研究

本文以八达岭塔式太阳能热发电实验电站腔式吸热器为研究对象,根据吸热器的结构和工作原理,利用热力学定律建立了吸热器系统水动力仿真数学模型,模拟了吸热器蒸发受热面系统内工质的流动,通过吸热器水动力的仿真实验从而得到在不同的太阳辐照强度下吸热器蒸发受热面入口流量的分配规律。论文结论对实际太阳能热发电站吸热器的设计及安全运行具有指导意义。     

太阳能斯特林机用新型吸热器的设计与模拟

本文给出了一种太阳能斯特林机用的新型吸热器的结构设计,工作原理,以及在特定边界条件下的数值模拟结果。该吸热器整体上为腔式结构,其内部开有U形的气体加热通道,其顶盖部分设计有把进出吸热器的氦气进行分流及汇集的通道。该吸热器在受光照加热的区域呈完全周向对称结构。数值模拟及对比的结果表明,该吸热器在工作时周向壁面的温度场分布较均匀,整体温差低,出口处工质的温度较高。该吸热器具有较好的加热效果。     

槽式太阳能真空吸热管真空夹层热损特性研究

本文基于不同真空压力下槽式真空吸热管环形夹层内的四种不同传热机理,建立了真空夹层内稀薄气体的传热模型,并验证了模型及计算方法的准确性。计算了氢气穿透、漏入空气、玻璃管破裂三种情况下真空吸热管的热损值及玻璃管外壁面温度。分析了吸热管真空夹层内漏入不同气体对吸入管热损值及玻璃管外壁面温度的影响规律。结果表明氢气穿透对吸热管的性能影响最大,空气渗入次之。真空失效将显著的降低集热系统的光热转换效率。     

多点聚焦下腔式吸热器水动力特性的研究

塔式太阳能热发电系统中,由于镜场辐射投射到吸热器受热面上同一目标点(即单点聚焦),造成受热面局部区域高度集中,呈现出时间和空间分布的不均匀现象,导致系统工质流量分配及水循环安全特性恶化。为此,在前面研究的基础上,研究了多点聚焦方式下,腔式吸热器热负荷分布和受热管组内工质流量分配、热偏差及流动特性,为塔式太阳能腔式吸热器安全运行及其水动力特性优化控制提供参考。     

圆形手性多胞管轴向冲击下的耐撞性分析

提出了不同几何结构的新型圆形手性多胞管，开展了其在相同壁厚、相同质量条件下的耐撞性分析。研究结果表明：与传统圆管相比，圆形手性多胞管具有更好的耐撞性能；相同壁厚条件下，比能量吸收和冲击力效率比传统圆管最高分别高出66.19%和49.11%；吸能效果最好的CCMT7-20（肋板数量为7、内圆直径为20 mm）与耐撞性能最差的CCMT4-40（肋板数量为4、内圆直径为40mm）的圆形手性多胞管相比，比能量吸收和冲击力效率分别高出30.83%和22.87%。肋板数量、内圆直径和壁厚对结构耐撞性的参数化研究表明：能量吸收、初始峰值力均随着肋板数量增加而增大，比能量吸收随着肋板数量的增多变化并不明显。能量吸收、比能量吸收和冲击力效率均随着内圆直径增大而减小，管壁增厚会提升结构的能量吸收，但其初始峰值力也会相应增大。     

腔式太阳能吸热器的热分析

采用外敷保温层的螺旋盘管作为碟式太阳能集热器的腔式吸热器.利用CFD分析的方法得到了螺旋管腔式太阳能吸热器和内部流体的温度场分布及流体的速度场分布.通过插值的方法,将CFD分析中得到的螺旋管腔式吸热器模型中的网格节点温度场导入到热应力分析模型中的网格节点并作为热应力场分析的输入载荷.结果表明,在靠近吸热器保温层侧的流体...