塔式太陽(yáng)能熔鹽吸熱器的傳熱特性研究與設(shè)計(jì)

【摘要】：隨著能源危機(jī)日益嚴(yán)重,太陽(yáng)能成為很有潛力的可再生能源。目前世界各地都積極地投入到聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的研究中,全球正籌建的聚光太陽(yáng)能熱電站的裝機(jī)容量有17GW,其中中國(guó)有2.5GW。中國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)尚處于起步階段,對(duì)于外接式管式吸熱器研究較少。 本文對(duì)塔式太陽(yáng)能熱電站熔鹽吸熱器進(jìn)行傳熱特性和散熱損失的研究,并基于熔鹽吸熱器材料熱應(yīng)力提出了熔鹽吸熱器的設(shè)計(jì)方法,并以50MW熔鹽吸熱器為例,進(jìn)行尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文主要的工作如下： (1)分析了流體流動(dòng)傳熱的基本理論和熱力特性仿真平臺(tái)Fluent的設(shè)置,并給出了熔鹽吸熱器傳熱工質(zhì)熔鹽物性參數(shù)數(shù)據(jù)和擬合函數(shù)。 (2)對(duì)非均勻熱流密度下的吸熱管內(nèi)側(cè)流體熔鹽流動(dòng)傳熱特性進(jìn)行了網(wǎng)格化建模和仿真計(jì)算,分析了熔鹽和吸熱管的傳熱特性,包括吸熱管截面溫度分布、內(nèi)外壁和熔鹽的軸向溫度分布、平均傳熱性能和局部傳熱性能。在吸熱管的平均傳熱性能研究中,通過(guò)Fluent數(shù)值模擬、Sieder-Tate經(jīng)驗(yàn)公式、Gnielinski經(jīng)驗(yàn)公式和文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)計(jì)算的結(jié)果比較,Gnielinski經(jīng)驗(yàn)公式更適合本文研究的非均勻熱流密度熔鹽吸熱器的傳熱特性。 (3)基于吸熱器散熱損失計(jì)算需要,對(duì)吸熱器外側(cè)流體空氣流動(dòng)傳熱特性進(jìn)行了網(wǎng)格化建模和仿真計(jì)算,分析了空氣和吸熱器間的傳熱特性,計(jì)算了不同吸熱器外壁溫度、環(huán)境溫度和風(fēng)速下的空氣和吸熱器間的換熱系數(shù)。 (4)提出了熔鹽吸熱器的設(shè)計(jì)方法。該方法是基于吸熱器材料熱應(yīng)力,在吸熱器形制、高徑比、最小壁厚和熔鹽流速引起的阻力損失(熔鹽泵容許揚(yáng)程)等綜合約束條件下,圍繞吸熱器熱效率最優(yōu),給出了熔鹽吸熱器尺寸設(shè)計(jì)方法。通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn),在滿足上述約束條件下,吸熱管壁厚和熔鹽流速對(duì)吸熱器容許熱流密度影響較大,吸熱管內(nèi)徑對(duì)吸熱器容許熱流密度影響較小。壁厚和吸熱管內(nèi)徑越小、熔鹽流速越大的熔鹽吸熱器的熱流密度和熱效率越高。而吸熱器高徑比、最小壁厚和熔鹽泵容許揚(yáng)程限制了吸熱管壁厚和熔鹽流速。 最后,對(duì)50MW吸熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),優(yōu)化后吸熱器熱效率為86.8%,容許熱流密度為519.5kW/m2,熔鹽流速為2.6m/s,吸熱器參數(shù)為：高度為5.9m,直徑為5.2m,總面積為96.2m2,吸熱器中吸熱管內(nèi)徑為18.5mm,壁厚為1.2mm。 【關(guān)鍵詞】：塔式太陽(yáng)能熱電站 熔鹽吸熱器 傳熱特性 熱應(yīng)力 熱流密度
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TQ021.3
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目錄9-15
• 1 緒論15-29
• 1.1 課題研究背景和意義15-16
• 1.2 聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)16-19
• 1.2.1 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)17-18
• 1.2.2 碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)18-19
• 1.2.3 塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)19
• 1.3 吸熱器研究現(xiàn)狀19-27
• 1.3.1 吸熱器傳熱工質(zhì)20-21
• 1.3.2 吸熱器傳熱性能研究現(xiàn)狀21-25
• 1.3.3 吸熱器設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀25-27
• 1.4 課題研究?jī)?nèi)容和論文安排27-29
• 2 流體流動(dòng)傳熱基本理論及Fluent平臺(tái)29-41
• 2.1 物理模型29-31
• 2.1.1 控制方程29-31
• 2.1.2 湍流模型31
• 2.2 一些設(shè)置31-34
• 2.2.1 對(duì)流換熱計(jì)算31-32
• 2.2.2 操作條件設(shè)定32
• 2.2.3 單元區(qū)域條件設(shè)定32-33
• 2.2.4 邊界條件設(shè)定33
• 2.2.5 控制方程離散化33-34
• 2.2.6 求解方法34
• 2.3 求解器使用方法34-35
• 2.4 UDF35-36
• 2.5 熔鹽物性參數(shù)擬合36-40
• 2.5.1 熔鹽密度36-37
• 2.5.2 熔鹽熱容37-38
• 2.5.3 熔鹽導(dǎo)熱系數(shù)38-39
• 2.5.4 熔鹽動(dòng)力粘度39
• 2.5.5 熔鹽熱擴(kuò)散系數(shù)39-40
• 2.6 本章小結(jié)40-41
• 3 熔鹽吸熱器傳熱特性及散熱損失研究41-55
• 3.1 吸熱管傳熱特性的研究42-50
• 3.1.1 吸熱管建模與網(wǎng)格劃分43
• 3.1.2 熔鹽物性參數(shù)設(shè)置43-44
• 3.1.3 吸熱管模型計(jì)算方法44-45
• 3.1.4 吸熱管傳熱特性仿真45-50
• 3.2 吸熱器散熱損失的研究50-54
• 3.2.1 吸熱管散熱損失計(jì)算公式51
• 3.2.2 吸熱器建模與網(wǎng)格劃分51-52
• 3.2.3 吸熱器計(jì)算方法52
• 3.2.4 吸熱器散熱損失仿真52-54
• 3.3 本章小結(jié)54-55
• 4 熔鹽吸熱器設(shè)計(jì)55-63
• 4.1 吸熱器容許熱應(yīng)力55-57
• 4.2 吸熱器容許熱流密度57-60
• 4.3 吸熱器設(shè)計(jì)60-61
• 4.4 吸熱器熱效率61
• 4.5 吸熱器熔鹽泵揚(yáng)程61-62
• 4.6 吸熱管最小壁厚62
• 4.7 本章小結(jié)62-63
• 5 熔鹽吸熱器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和仿真63-75
• 5.1 吸熱器熱流密度影響因素63-68
• 5.1.1 吸熱器材料特性和熔鹽分解溫度63-65
• 5.1.2 熔鹽溫度65-66
• 5.1.3 吸熱管壁厚66
• 5.1.4 吸熱管內(nèi)徑66-67
• 5.1.5 熔鹽流速67-68
• 5.1.6 吸熱器熱流密度影響因素總結(jié)68
• 5.2 吸熱器平均熱流密度68-69
• 5.3 吸熱器設(shè)計(jì)的影響因素69-72
• 5.3.1 不同形制的吸熱器69-70
• 5.3.2 不同壁厚的吸熱器70
• 5.3.3 不同內(nèi)徑的吸熱器70-71
• 5.3.4 不同熔鹽流速下的吸熱器71-72
• 5.4 50MW吸熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)72-74
• 5.4.1 吸熱管內(nèi)徑18.5mm的50MW吸熱器優(yōu)化初步設(shè)計(jì)72-73
• 5.4.2 不同吸熱管內(nèi)徑的50MW吸熱器優(yōu)化初步設(shè)計(jì)73-74
• 5.5 本章小結(jié)74-75
• 6 總結(jié)和展望75-77
• 6.1 工作總結(jié)75
• 6.2 工作展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-83
• 作者簡(jiǎn)歷及在學(xué)期間的科研成果83

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氫及其同位素在熔鹽中的滲透與擴(kuò)散行為研究    曾友石

傳蓄熱熔鹽的熱物性研究    程進(jìn)輝

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腐蝕產(chǎn)物CrF_3對(duì)LiF-NaF-KF熔鹽物化性質(zhì)的影響研究    陰慧琴

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碳酸鹽—氟鹽高溫熔鹽的性能研究    杜威

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Ti_3SiC_2、Ti_3AlC_2在LiF-NaF-KF熔鹽中的腐蝕行為研究    李凌

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