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.     

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.     

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。     

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...     

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。     

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。     

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...     

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。     

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...     

热声换热器的工作机制及换热特性研究

基于弱非线性热声理论,对热声换热器的换热特性进行了理论研究.获得了平行平板通道内二阶周期平均热流的解析解,并指出存在临界声导率比的模|Ya|_(cr)~I,使得二阶周期平均热流为零.当实际声导率比的模大于|Ya|_(cr)~I时,振荡流体从外热源吸热,为吸热器;当实际声导率比的模小于|Ya|_(cr)~I时,振荡流体向外放热,为放热器.获得了平行平板通道内二阶周期平均温度的解析解.计算分析了工作流体的物性参数、流动参数以及声导率比对二阶周期平均温度分布的影响,为进一步考察换热系数提供了依据。     

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。     

吸热管参数对熔盐吸热器性能的影响

塔式太阳能热发电外圆柱式熔盐吸热器的总体尺寸和流量一定时,其性能主要取决于吸热管的结构参数。利用Fluent软件,通过对不同管径、壁厚的熔盐吸热管的传热特性的模拟分析,揭示吸热管结构参数对吸热器性能的影响规律。结果显示,吸热管直径在15 mm至20 mm之间时,吸热器具有较好的综合性能;吸热管外壁面温度随壁厚的增加而急剧增加,导致吸热器的辐射损失和对流损失增加。     

催化剂薄层内甲烷水蒸气重整反应强化管内对流换热的数值模拟

本文以竖直圆管内壁催化剂薄层内发生甲烷水蒸气重整反应强化对流换热作为研究对象,对其进行了数值模拟．结果发现,催化剂薄层内的吸热化学反应可以有效地强化对流换热,降低流体和壁面温度,从而对壁面起到保护作用;极限热流密度的大小与流体的入口温度有关,存在最佳入口温度使极限热流密度最大．     

线性菲涅尔太阳能系统光热耦合模拟方法研究

本文针对具有多管梯形腔式吸热器的线性菲涅尔(LFR)系统及其光能聚集与光热转换复杂过程,提出了一种基于蒙特卡罗光线追迹法(MCRT)和有限容积法(FVM)的三维MCRT-FVM光热耦合计算方法。该耦合方法采用MCRT计算系统光能聚集过程,而采用FVM计算吸热器内的光热转换过程,同时两种方法在吸热器内进行耦合,从而实现了对系统光能聚集与光热转换过程的直接研究。在此基础上,采用该方法进一步分析了系统光学性能、吸热器温度特性以及系统光热转化性能。研究结果表明,该方法具有较高的准确性和可靠性,可实现对LFR系统聚光与光热转换性能的直接研究与预测,所获得的系统性能参数可进一步指导LFR系统的设计和性能优化。     

基于颗粒堆积床模型的线性菲涅尔式太阳能甲醇重整制氢系统综合性能研究

本文建立了线性菲涅尔式太阳能吸热/反应器光热–化学反应过程三维数值模型，并对其缩小模型进行了研究，探究了典型的外部因素(太阳能热流分布)和内部因素(催化剂颗粒半径)对系统流动换热与热化学反应综合性能的影响。首先，基于离散元法建立了催化剂颗粒随机堆积床模型。其次，基于蒙特卡罗光线追迹法与多目标优化遗传算法获得了太阳能热流分布。然后，对比了优化前的、优化后的以及理想情况下的系统综合性能，进一步分析了催化剂颗粒半径的影响。研究发现，热流优化后的系统化学反应性能接近于理想，而减小颗粒半径也可促进化学反应，但会增加流动阻力。催化剂颗粒大小的优选或可综合考虑反应程度、流动阻力和烧结温度限制等进行权衡选取。     

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。