太阳能吸热器玻璃窗辐射与导热计算

在太阳能塔式热发电空气吸热器工作过程中,吸热器玻璃窗受到聚焦太阳光、环境以及吸热面（体）的复合辐射。本文采用改进蒙特卡罗法、有限容积法,研究了太阳能空气吸热器石英玻璃窗半透明介质内部辐射与导热的耦合换热,研究了不同厚度半透明介质石英玻璃窗在工作面处于不同第三类边界条件下的稳态温度分布。研究表明石英玻璃的厚度和内侧空气温...     

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.     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

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%。     

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.     

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。     

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...     

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。     

基于气象卫星云图的红外吸收带火山特征分析

飞行目标在2.7和4.3 μm谱段附近具有较强的红外辐射，因此这两个波段是探测飞行目标的最佳波段, 但是由于这两个波段并非大气窗口，不被大多数遥感器包含。对这两个谱段的典型地物特性开展研究具有重要的价值，但由于缺乏必要的数据获取能力，经常面临数据缺乏的问题。世界范围内频频有各种程度的火山爆发，火山爆发时温度较高的火山口，是否对于天基红外探测系统典型目标探测有影响，其影响程度如何一直缺乏相关的分析和研究。基于大气辐射传输理论，利用多元统计分析得到波段转换模型，使用气象卫星已有波段获得红外吸收谱段数据。将火点像元视为明火和背景的混合像元，采用目标与背景分离的方式描述高温目标像元的热辐射。对高温目标辐射量，在气溶胶模式固定的情况下，选取观测天顶角、大气可降水量、大气廓线为自变量影响因子。对于背景辐射亮度关系，选取观测天顶角、大气可降水量、大气廓线、背景温度为自变量影响因子, 利用多元统计，建立相关模型。利用对地面热状态非常敏感的风云三号可见光红外扫描辐射计第3通道数据的统计特征探测火山口，获取高温目标在特定波段的表观多维特征并定量分析。火山的多维特征分析，主要从时间和空间两个维度展开。时间维度是对同一火山在不同时间的数据进行分析，空间维度上，主要统计火山口的辐射亮度和亮度温度的空间分布特征。一般气象卫星分辨率较低，单纯利用像元个数表示火山面积, 明显夸大了火山的实际面积，所以基于亚像元特性对火山进行分析，将混合像元火点视为明火和背景的组合，运用线性光谱混合模型，通过混合像元的辐射率精确计算火山高温点的面积和温度，提高定量分析精度。分析结果表明： 通过仿真手段结合多元统计分析方法建立高温目标的波段转换模型是一种可行的预研手段。在2.7~2.95 μm谱段，火山口在弱背景环境下可能会对高温目标造成干扰，而在4.2~4.45 μm谱段，火山口能量远高于一般地表类型，是不可忽视的干扰。     

基于辐射加热源的材料高温发射率测量方法

材料高温辐射特性参数是量化研究热输运过程中的基本参数。本文将高能流太阳能聚集模拟器引入到材料高温发射率测量中,利用高能流太阳能聚集模拟器产生的可见光及近红外光谱辐射直接对样品进行加热,建立了材料中红外波段的高温发射率测量方法,避免了常规测量中封装窗口及高温炉体自身光谱辐射对测量的影响。基于该方法,采用红外热像仪、FTIR光谱仪等设备,搭建了实验平台,理论上可实现1700 K以内的样品发射率测量。采用该装置对某型钢进行了实验测量,获得了材料7~25μm波段内不同温度下的发射率曲线。     

气动加热下高温陶瓷材料内的瞬态耦合换热

采用控制容积法结合蒙特卡罗法与谱带模型,数值模拟了气动加热下高温陶瓷内的辐射与导热瞬态耦合换热.分析了冷却边界条件、各向同性散射和表面特性对高温陶瓷内瞬态温度分布的影响.结果表明,高温下陶瓷内的辐射换热作用十分明显,陶瓷材料的表面特性对瞬态温度分布影响很大,各向同性散射也有明显影响.