太陽(yáng)能多孔介質(zhì)空氣吸熱器傳熱特性研究

【摘要】：根據(jù)對(duì)太陽(yáng)能熱發(fā)電高效率、低成本的迫切需求,結(jié)合能源利用與熱科學(xué)研究的發(fā)展趨勢(shì),本文開(kāi)展多孔介質(zhì)空氣吸熱器熱科學(xué)關(guān)鍵基礎(chǔ)問(wèn)題研究。目前,空氣吸熱器在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)熱斑并且損壞,主要原因是太陽(yáng)能聚集形成高密度、非均勻輻射能流,使吸熱材料產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱應(yīng)力與熱沖擊。所以研發(fā)高吸熱率、高傳熱效率、高可靠性、低成本空氣吸熱器已成為工程技術(shù)的關(guān)鍵部分。多孔陶瓷介質(zhì)具有吸熱傳熱性好、耐高溫、孔隙率高、質(zhì)量輕、傳熱性能好等特點(diǎn),是理想的吸熱材料,因此,目前太陽(yáng)能吸熱裝置多采用多孔陶瓷介質(zhì)來(lái)做吸熱材料,同時(shí),由于空氣容易獲得且易于控制,所以采用空氣作為傳熱流體。目前由于太陽(yáng)能吸熱器的入口熱流分布不均勻,流體流動(dòng)不穩(wěn)定會(huì)容易引起局部高溫,對(duì)吸熱器性能影響較大。所以本文選用碳化硅作為傳熱介質(zhì),建立多孔介質(zhì)吸熱器內(nèi)部流動(dòng)模型和氣固兩相換熱模型,利用COMSOL軟件模擬研究了多孔介質(zhì)吸熱器內(nèi)部傳熱傳質(zhì)特性,分析了影響吸熱器溫度分布的各種因素。論文主要包括以下兩個(gè)方面研究:(1)單層均勻多孔介質(zhì)吸熱器內(nèi)傳熱特性研究,重點(diǎn)分析介質(zhì)孔隙密度、孔隙率、入口進(jìn)氣速度、以及邊界熱流密度對(duì)固相和氣相兩相溫度分布的影響。結(jié)果表明:多孔介質(zhì)孔隙密度、孔隙率、入口進(jìn)氣速度、以及邊界熱流密度對(duì)固相和氣相兩相溫度分布的影響較大,對(duì)分析太陽(yáng)能吸熱器熱性能分析提供參考。(2)新型雙層泡沫陶瓷介質(zhì)在太陽(yáng)能多孔介質(zhì)吸熱器中傳熱特性研究。采用與單層多孔介質(zhì)類似的方法,建立兩層多孔介質(zhì)的非局域平衡熱方程和兩相能量方程,模擬了兩層不同孔隙率和孔隙密度的大小配置對(duì)整體溫度分布和進(jìn)出口溫度分布的影響,并得到使其出口氣體溫度變高的增強(qiáng)換熱的設(shè)計(jì)方案。結(jié)果表明:兩層多孔介質(zhì)不同孔隙率和孔隙密度的大小配置對(duì)整體溫度分布和進(jìn)出口的溫度分布的影響較大,第一層多孔介質(zhì)的厚度對(duì)整個(gè)模型模擬的結(jié)果有較大的影響。 【關(guān)鍵詞】：多孔介質(zhì) 太陽(yáng)能 空氣吸熱器 傳熱特性
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 課題研究背景和意義9
• 1.2 聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)9-11
• 1.3 吸熱器國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀11-19
• 1.3.1 吸熱器傳熱工質(zhì)11-13
• 1.3.2 空氣吸熱器國(guó)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.3 空氣吸熱器國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.4 多孔介質(zhì)的研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容19-20
• 第2章 太陽(yáng)能在多孔介質(zhì)內(nèi)的傳熱過(guò)程20-34
• 2.1 太陽(yáng)能能量分布的模擬與計(jì)算20-26
• 2.1.1 SMARTS模式概述20-21
• 2.1.2 哈爾濱地區(qū)SMARTS模式的參數(shù)設(shè)定21-22
• 2.1.3 SMARTS模式的適用性驗(yàn)證22-23
• 2.1.4 不同因素對(duì)太陽(yáng)光譜的影響23-26
• 2.2 多孔介質(zhì)內(nèi)部傳熱特性數(shù)學(xué)方程26-33
• 2.2.1 多孔介質(zhì)研究方法26
• 2.2.2 多孔介質(zhì)內(nèi)部控制方程26-30
• 2.2.3 多孔介質(zhì)內(nèi)部對(duì)流換熱模型30-31
• 2.2.4 多孔介質(zhì)內(nèi)部輻射換熱模型31-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 第3章 多孔介質(zhì)吸熱器內(nèi)部傳熱特性研究34-52
• 3.1 問(wèn)題描述34-35
• 3.2 多孔介質(zhì)吸熱器內(nèi)部傳熱模型的數(shù)學(xué)表達(dá)35-37
• 3.2.1 模型假設(shè)35-36
• 3.2.2 傳熱模型的控制方程36-37
• 3.3 數(shù)值分析方法的驗(yàn)證37-39
• 3.4 多孔介質(zhì)吸熱器穩(wěn)態(tài)傳熱特性結(jié)果分析39-46
• 3.4.1 多孔介質(zhì)骨架孔隙平均直徑的影響39-41
• 3.4.2 多孔介質(zhì)骨架孔隙率的影響41-43
• 3.4.3 流體進(jìn)氣速度的影響43-44
• 3.4.4 多孔介質(zhì)導(dǎo)熱率的影響44-45
• 3.4.5 熱流分布的影響45-46
• 3.5 多孔介質(zhì)吸熱器瞬態(tài)傳熱特性結(jié)果分析46-50
• 3.5.1 突加恒定熱流密度47-48
• 3.5.2 熱流密度突變?yōu)?048-49
• 3.5.3 熱流密度緩慢變?yōu)?049-50
• 3.6 本章小結(jié)50-52
• 第4章 新型雙層多孔介質(zhì)吸熱器內(nèi)部特性研究52-61
• 4.1 雙層太陽(yáng)能多孔介質(zhì)吸熱器描述52-53
• 4.2 數(shù)學(xué)模型53-55
• 4.2.1 控制方程53-54
• 4.2.2 邊界條件54-55
• 4.2.3 熱物性參數(shù)設(shè)定55
• 4.3 結(jié)果分析55-60
• 4.3.1 孔隙率變化對(duì)溫度影響55-58
• 4.3.2 孔隙密度變化對(duì)溫度影響58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 致謝66

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