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.     

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.     

槽式太阳能集热器集热性能分析

本文运用蒙特卡罗光线追踪法(MCRT)模拟了抛物槽式系统聚光特性,并与计算流体与传热有限容积方法(FVM)结合,进一步研究了吸热管内耦合传热过程.聚光特性分析中考察了光不平行夹角、几何聚光比和边界角对太阳热流密度分布的影响;耦合传热模拟中考虑了液体油热物性随温度的变化以及吸收管外管壁辐射换热.模拟计算表明;模拟计算结果与文献数据对比符合较好,验证了计算方法与模拟程序的正确性.光不平行夹角主要对热流密度圆周方向分布产生影响,使其分布平缓,对热流密度轴向分布影响不大;随着几何聚光比的增大,太阳热流衰减区的角度跨度增大;随着边界角的增大,热流密度圆周分布曲线向圆周角90°方向平移,同时热流密度极大值降低.在太阳直射强度大致相同情况下,入口流速与入口温度对接收管表面对流换热与最大温差影响很大;同时变物性对流体对流换热影响也较大.     

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。     

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...     

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。     

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。     

有压腔式吸热器复杂耦合换热机理数值研究

本文建立了有压腔式太阳能吸热器(PVSR)轴对称计算模型,运用蒙特卡罗光线追踪法(MCRT)模拟了二次聚光器(SC)与有压腔式吸热器(PVR)系统内聚光过程与光热转换过程,进而与计算流体与传热的有限容积方法(FVM)结合研究了高温高压吸热器内复杂耦合传热过程.在此基础上,进一步对比考察了考虑不同换热过程的换热机理,分析...     

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。     

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。     

对称型太阳能聚光集热系统吸热器能流分布的运动累加计算方法EI北大核心CSCD

基于太阳能聚光集热系统的几何对称特性,提出一种运动累加方法来计算吸热器的能流密度分布。采用光线跟踪方法,推导了吸热器表面能流分布的运动累加数学模型,此模型可以将光线跟踪过程转换为旋转运动或平移运动,避免大量求解光线与吸热器曲面的联立方程组。在Visual C++平台编制运动累加程序,计算了典型的碟式和槽式系统配置不同吸热器的能流密度分布,并与文献对比验证了该方法的正确性。结果表明,在碟式—腔式吸热器中,跟踪光线6.10×108根需112s,在结果符合的情况下可跟踪光线9.648×107根,这样仅需16s。运动累加方法的计算过程较简单,且具有一定的计算效率,可以为对称特征的聚光集热系统参数协同优化提供一定参考。     

对称型太阳能聚光集热系统吸热器能流分布的运动累加计算方法

基于太阳能聚光集热系统的几何对称特性,提出一种运动累加方法来计算吸热器的能流密度分布。采用光线跟踪方法,推导了吸热器表面能流分布的运动累加数学模型,此模型可以将光线跟踪过程转换为旋转运动或平移运动,避免大量求解光线与吸热器曲面的联立方程组。在Visual C++平台编制运动累加程序,计算了典型的碟式和槽式系统配置不同吸热器的能流密度分布,并与文献对比验证了该方法的正确性。结果表明,在碟式—腔式吸热器中,跟踪光线6.10×108根需112s,在结果符合的情况下可跟踪光线9.648×107根,这样仅需16s。运动累加方法的计算过程较简单,且具有一定的计算效率,可以为对称特征的聚光集热系统参数协同优化提供一定参考。     

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.     

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...     

内置扭带波纹管内熔盐传热特性数值研究

本文针对熔融盐吸热器传热与流动特性进行了深入的理论研讨与分析,对于太阳能热发电系统中吸热器传热过程中高辐射热流密度的特点,设计并建立内置扭带波纹管物理模型,采用RNG k-ε模型,对内置扭带的波纹管内熔盐传热特性进行数值模拟。分析了集热管轴向速度分布和横向截面二次流速和温度分布,对比了不同管型的集热管内换热效果和阻力系数f。研究结果表明:在入口雷诺数Re为12000~35000的范围内,相比圆管和普通波纹管,Nu均有提高,且随Re的增加呈递增趋势;普通波纹管和内置扭带的波纹管的阻力系数f都随着Re的增加呈递减趋势,相比于圆管,波纹管和内置扭带波纹管的f分别提高了282.3%~354.9%和1154.4%~1339.0%。     

高温吸热管内超临界CO2传热特性的数值模拟

研究超临界CO2在高温吸热管内的传热特性是将其应用于聚光太阳能热发电技术中的基础.本文对此进行了数值模拟研究,分析了流体温度、流动方向、系统压力、质量流率和热流密度对对流传热系数和Nu数的影响.结果表明:高温区(800—1050 K)的对流传热系数和Nu数受流动方向和系统压力的影响均很小,但都随着质量流率的增大以及热流密度的减小而明显增大;而随着流体温度的升高,对流传热系数近似线性增大,Nu数则近似线性减小.另外,本文研究发现在高温区可忽略浮升力对传热的影响,而由高热流密度引起的流动加速效应会明显恶化传热.最后,选取了八种管内超临界流体传热关联式与模拟结果进行对比,发现使用基于热物性修正的关联式对高温区传热数据预测的结果优于使用基于无量纲数修正的关联式得到的结果,且其中预测效果最优的关联式得到的计算结果与模拟结果之间的平均绝对相对偏差为8.1%.     

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.     

太阳能热化学制氢反应腔的热性能分析

本文修正了反应腔吸热效率的计算公式,在已有碟式聚光器的基础上,设计了一个太阳能热化学制氢反应器。本文计算了各种热损失对吸热器吸热效率的影响,也计算了反应腔倾斜角度以及采光孔尺寸对吸热效率的影响。计算结果表明,反应腔倾斜角度对反应腔热效率影响不大;采光孔直径越大,吸热效率越低。     

5kW太阳模拟器与斯特林发动机吸热器的辐射换热特性研究

以设计的5 kW太阳模拟器为光源,加热斯特林发动机的吸热器.首先以蒙特卡洛光线追迹法确定太阳模拟器与斯特林发动机吸热器间辐射热流分布,然后将辐射热流分布的计算结果以边界条件形式传递给CFD模型,对吸热器的温度分布特性进行数值计算;吸热器壁面温度采用安捷伦数据采集仪及热电偶温度计进行测试,吸热器壁面温度数值模拟结果与实验...     

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。