高溫太陽能吸收器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

【摘要】：吸收器是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件,負(fù)責(zé)光熱轉(zhuǎn)換,其性能好壞對于系統(tǒng)溫度的提升,效率的提高都有著重要的作用。通過對目前比較常用幾種太陽能吸收器如直管式吸收器、螺旋管式吸收器、空腔式吸收器進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)直管式吸收器和螺旋管式吸收器結(jié)構(gòu)簡單,系統(tǒng)能夠達(dá)到的溫度在900K左右,熱效率為52%;而空腔式吸收器工質(zhì)的出口溫度可達(dá)到1500K左右,熱效率為80%,具有較好的吸熱性能。 考慮到空腔式吸收器中針狀放射形吸收體加工和安裝問題,本文首先提出了一種新型的吸收體結(jié)構(gòu)-繞花絲多孔體結(jié)構(gòu),它利用多孔介質(zhì)的彌散效應(yīng),迫使流過繞花絲多孔體的流體作復(fù)雜的三維運(yùn)動(dòng),使流體分子團(tuán)在徑向充分混摻,從而使徑向溫度分布均勻平坦化,使腔體內(nèi)換熱得到顯著的增強(qiáng)。研究結(jié)果表明,和針狀放射形吸收體相比,繞花絲多孔體結(jié)構(gòu)可以達(dá)到良好的強(qiáng)化換熱的效果,系統(tǒng)效率為81.8%。多孔率對流體的出口溫度、壁面溫度和熱效率均有很大影響,計(jì)算結(jié)果表明0.75的多孔率可以較好滿足要求。其次,針對高溫吸收器的熱防護(hù)問題,研究了安裝吸收涂層、真空腔和保溫層進(jìn)行減小熱損失的效果。結(jié)果表明,對于真空腔內(nèi)壁面而言,選取具有耐高溫能力的的金屬箔涂層材料可以有效提高吸收效率;而選取國內(nèi)外普遍認(rèn)可的具有較高熱力學(xué)性能的的有機(jī)硅涂層材料可以有效降低外壁面溫度。此外,真空腔的添加對降低壁面溫度效果明顯,系統(tǒng)的效率能提高1%。最后,對吸收器的幾何尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),研究了腔體入口直徑、長徑比、腔體直徑、傾斜角度的大小對腔體內(nèi)部溫度場、速度場、壓力和光照強(qiáng)度等分布的影響。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 吸收器 熱力學(xué)計(jì)算 強(qiáng)化換熱 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TK513
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 太陽能發(fā)電概述15-17
• 1.3 吸收器17-18
• 1.4 國內(nèi)外吸收器研究現(xiàn)狀18-22
• 1.4.1 國內(nèi)研究18-20
• 1.4.2 國外研究20-22
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容22-23
• 第二章 管式吸收器模擬23-33
• 2.1 引言23-24
• 2.2 聚光鏡模擬24-27
• 2.3 吸收器模擬27-30
• 2.3.1 數(shù)學(xué)方程27-28
• 2.3.2 輻射模型的選擇28-29
• 2.3.3 太陽加載模型的選擇29-30
• 2.3.4 邊界條件30
• 2.4 模擬結(jié)果及比較30-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 不同參數(shù)對直管式吸收器的影響33-38
• 3.1 進(jìn)出口位置的影響33-35
• 3.1.1 進(jìn)口位置不變，出口位置改變33-34
• 3.1.2 進(jìn)出口位置均改變34-35
• 3.2 能流強(qiáng)度的影響35-36
• 3.3 本章小結(jié)36-38
• 第四章 空腔式吸收器模擬38-49
• 4.1 引言38-39
• 4.2 模型改進(jìn)39-40
• 4.3 吸收器熱力學(xué)計(jì)算40-42
• 4.3.1 進(jìn)入腔體內(nèi)部能量40
• 4.3.2 腔體壁面溫度計(jì)算40-41
• 4.3.3 氣體出口溫度計(jì)算41-42
• 4.3.4 效率計(jì)算42
• 4.4 數(shù)值模擬研究42-48
• 4.4.1 多孔介質(zhì)模型的選擇42-43
• 4.4.2 邊界條件43
• 4.4.3 網(wǎng)格劃分43-44
• 4.4.4 模擬結(jié)果及比較44-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第五章 幾何參數(shù)對改進(jìn)后空腔式吸收器熱性能的影響49-65
• 5.1 多孔率的影響49-50
• 5.2 熱控涂層的影響50-51
• 5.3 真空腔和保溫層的影響51-52
• 5.4 入口直徑的影響52-53
• 5.5 腔體直徑的影響53
• 5.6 無量綱參數(shù)比53-61
• 5.6.1 相同長徑比53-55
• 5.6.2 不同長徑比55-57
• 5.6.3 不同入口直徑57-59
• 5.6.4 不同傾斜角度59-61
• 5.7 吸收器張角對光照強(qiáng)度的影響61-62
• 5.8 吸收器半徑對光照強(qiáng)度的影響62-63
• 5.9 本章小結(jié)63-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-66
• 6.1 總結(jié)65
• 6.2 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 致謝70-71
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71

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