吸热器二次反射锥对太阳能斯特林热机吸热性能的影响研究

分析太阳能斯特林热机腔式吸热器的结构特点,建立以二次反射锥结构参数为变量的腔式吸热器性能参数模型。以38 kW碟式太阳能斯特林热机为研究对象,采用光线追迹法模拟分析不同二次反射锥结构对腔式吸热器表面能流等性能参数的影响。结果表明:二次反射锥对吸热器表面能流密度分布和光能利用效率有着重要影响,其中外抛物面、双曲面、球面等反射锥能显著提高吸热器表面能流分布的均匀性,同时吸热器表面光能利用率分别提高25.6%、27.3%和28.6%,但存在光线溢出吸热器表面的现象;平顶圆锥和现有38 kW热机所采用的内抛物面二次反射锥虽不能改善吸热器表面能流分布均匀性,但光能利用率能分别提高30.5%和33.0%且无光线溢出。     

结构参数对圆柱孔簇腔式吸热器光学性能的影响研究

文章基于SolidWorks软件建立了圆柱孔簇腔式吸热器的物理、光学模型,然后利用Optisworks软件对该吸热器内壁的能流分布情况进行仿真,最后根据模拟结果研究了圆柱孔簇的结构参数对该吸热器的光学效率及其内壁能流分布情况的影响。分析结果表明:圆柱孔长度是吸热器内壁能流峰值的主要决定因素,圆柱孔长度对吸热器的光学效率无显著影响;吸热器内壁能流随着圆柱孔间距的增大而逐渐减小;吸热器中心圆柱孔内壁能流随着圆柱孔半径的增大而增大,吸热器第二层圆柱孔内壁能流随着圆柱孔半径的增大而减小;吸热器的光学效率随着圆柱孔间距的增大而减小,随着圆柱孔半径的增大而增大。     

改进半球形腔式吸热器热性能数值模拟

基于计算流体力学理论建立的计算模型,运用Fluent软件对适用于碟式斯特林太阳能热发电系统5种弯度的改进半球形腔式吸热器的热性能进行了数值模拟对比分析。通过模型验证得出,采用定壁温考虑吸热器整体的热性能、应用S2S模型考虑辐射和用瞬态计算方法考虑密度项是可行的。在采光孔朝下时,随着弯度的增大,吸热器对流和辐射热损失、辐射和总努塞尔数均增大,而对流努塞尔数却减小,辐射热损失占总热损失的大部分。综合结果表明,改进半球形腔式吸热器的最佳弯度为0.4～0.5。     

凹形球面石英窗对碟式系统腔体吸热器光学性能的影响

吸热器表面非均匀且高强能流载荷会降低其工作效率、安全性和服役寿命。提出一种凹形球面石英窗用于太阳能碟式聚光系统的腔体吸热器,可改善吸热器的能流均匀性、降低最大局部聚光比等光学性能指标。基于蒙特卡洛光线追迹法,考虑腔体吸热器由等开口、等面积和等高度三者共同约束,研究圆柱形、圆台形、圆柱-圆台形和球形4种腔体结构吸热器的光学性能。研究表明:采用平面石英窗时4种腔体结构吸热器的非均匀系数分别为0.60、0.86、0.70和0.74,最大局部聚光比分别为1050.0、1350.0、1190.0和1080.0;而采用凹形球面石英窗时4种腔体结构吸热器光学效率和采用平面石英窗时基本相同,但吸热器的非均匀系数分别下降到0.36、0.62、0.54和0.60,最大局部聚光比分别下降到743.7、922.2、916.5和1000.4,采用凹形球面石英窗比平面石英窗对各吸热器的光学性能均有明显提高,且其中圆柱形腔体吸热器比另外3种结构吸热器具有更好的光学性能。     

圆锥螺旋管腔式熔融盐吸热器热性能的数值研究

提出一个用于塔式太阳能发电系统的圆锥螺旋管式熔融盐吸热器,对其热性能进行数值研究,得到吸热器的热损失以及热效率,并将数值计算结果与美国圣地亚实验室的熔融盐子系统的实验数据进行对比。研究发现:在相同的阳光入射条件和风速条件及接近的开口尺寸和管道长度下,采用圆锥形螺旋管吸热器管道外壁面平均温度降低、吸热器效率提高。     

太阳能热发电系统中腔式吸热器的光学性能

建立了球形、圆柱形、圆锥形和平顶圆锥形4种典型腔式吸热器与抛物面聚光器的三维模型,利用蒙特卡洛光线追踪法预测了4种典型腔式吸热器内部辐射能流的分布,其中球形吸热器内部的辐射能流分布均匀性最好,且辐射峰值最小,具有较好的光学性能。通过统计逸出腔口的反射光计算出这4种腔式吸热器的反射光损,其中球形吸热器的反射光损最小。在聚光器反射率为0.9,腔体内壁吸收率为0.9时,球形吸热器反射光损仅为0.66%,聚光器/球形吸热器的光学效率为88.9%。     

吸热板参数对平板太阳集热器热性能的影响

建立单层盖板平板太阳集热器的一维稳态数学模型,用Visual Basic语言编写程序模拟研究吸热板各参数对平板太阳集热器热性能的影响。在综合考虑集热器效率因子与金属消耗量的基础上,设集热器总热损失系数为变量,对铜铝复合平板太阳集热器的吸热板厚度与管间距进行了优化。研究表明,用导热系数大的铜板代替铝板的优势并不明显;吸热板厚度在0.3 mm以上增加时,平板太阳集热器热性能的提升很小;随着管间距的增加,平板太阳集热器性能下降;吸热板涂层的改进对于平板太阳集热器热性能的提高至关重要;排管内/外径、盖板透过率、涂层吸收率分别为0.0108/0.012 m、0.916、0.89时,在全年运行的平均工况下,保证集热器效率因子为0.9,优化得到吸热板厚度、管间距分别为0.25 mm、11 cm时,金属材料消耗量最小,为2.27 kg/m2。     

基于光学性能分析的太阳能腔式吸热器石英窗设计

研究用于圆柱、球形腔式吸热器的双凹、上凹、下凹、双凸、上凸和下凸6种不同结构的正弦形石英窗,以确定最佳的设计方案,最大限度改善吸热器的光学性能。基于蒙特卡洛光线追迹法研究表明:对于圆柱形腔式吸热器,双凹形石英窗是最优的设计方案,对比常规平面石英窗,光学效率基本不变,此时圆柱形吸热器峰值聚光比由1050.0下降到715.9,非均匀系数由0.60下降到0.30;对于球形吸热器,从局部聚光比峰值来评价,下凹形石英窗是最优的设计方案,此时球形吸热器峰值聚光比由1010.0下降到797.4,非均匀系数由0.67下降到0.40;从非均匀系数分布来评价,双凹形石英窗是最优的设计方案,此时球形吸热器峰值聚光比由1010.0下降到857.7,非均匀系数由0.67下降到0.38。     

多孔介质太阳能吸热器性能分析

采用4种多孔骨架中辐射传输模型,包括:忽略多孔骨架内部辐射模型(模型A)、Rosseland模型(模型B)、均匀内热源模型(模型C)与吸热器中辐射传输满足Beer定律的模型(模型D),推导得到了局部非热平衡条件下4种模型所对应的吸热器中多孔骨架温度、空气温度和吸热器热效率的解析解,分析了多孔骨架孔隙率、导热系数和孔隙直径对吸热器性能的影响。结果表明,对模型A和模型B,吸热器中最高温度位于吸热器进口处;对模型C,吸热器中最高温度位于吸热器出口处;而在模型D中,吸热器中吸热器内部或吸热器的出口处温度最高。吸热器效率取决于多孔骨架导热系数、孔隙率和孔隙直径等参数,当吸热器中内热源均匀分布时,吸热器效率是最高的。     

太阳入射热流对吸热器换热的影响

空间太阳能热动力发电系统是非常有前景的未来空间能源供应系统。吸热器的入射热流分布将影响到换热管的传热以及系统的寿命，采用焓法处理相变区的传热，建立了太阳能热动力发电系统吸势器换热管三维换热模型，计算得到在轨道周期内对应三种入射热流的换热管的温度场、工质的出口温度变化、相变材料熔化率等重要的结果，并进行了比较、分析。     

新型塔式太阳能热板吸热器性能研究

提出一种用于塔式太阳能热发电的新型热板吸热器结构,该结构由热板侧与板翅通道侧组成。采用正交实验方法结合有限元方法优化热板侧的支撑结构;建立板翅通道侧的计算流体动力学(CFD)模型,分析不同类型翅片及结构参数对其热力性能的影响。结果表明:较优的热板侧支撑结构为16根外直径为10 mm,内直径为5 mm的支撑杆,此时热板最大热应力为10.02 MPa(800℃)。同时,板翅通道侧采用锯齿翅片可有效地提高吸热器的传热性能,实现强化传热。     

流道几何参数对低压导向器气动性能的影响

采用数值计算方法对某型低压导向器原型和改型进行了数值模拟,导向器的子午流道具有一个较长的机匣且过渡段且机匣段具有较大外壁扩张角,气流易在此处分离恶化导向器叶栅进口流动。数值研究表明：机匣外壁和叶型的优化设计改善了导向器的气动性能,在计算域初始条件相同的情况下,导向器能量损失显著降低。     

塔式太阳能水工质吸热器性能分析

上海锅炉厂有限公司自主开发了塔式太阳能热发电吸热器性能设计程序。该程序可同时适应水工质和熔盐工质太阳能吸热器的设计计算要求。针对美国Solar Two工程吸热器,将Boeing North American,Inc.的计算结果和其试验数据与自主开发程序的计算结果进行比较,结果吻合良好。以某个塔式太阳能热发电吸热器为例,对其蒸发段和过热段的设计方案进行了详细的校核计算,重点在吸热器蒸发段的循环流量、干度、鳍端温度和鳍端温差、过热段的管子正面点温度以及吸热器的吸热效率分布等多个方面进行了分析。该校核计算的结果可为后续进行性能评价提供重要的基础数据。     

几何参数变化对离心压气机性能影响的仿真研究

采用离心压气机性能仿真数学模型研究某些几何参数，如叶片顶部间隙，叶轮叶片出口角变化对压气机性能产生的影响，是当今设计高压比、宽工作范围、高效离心压气机的关键步骤。为此，首先建立了离心压气机性能仿真数学模型。为了验证数学模型的有效性，对Krain叶轮性能进行了计算。随后，对不同叶片顶部间隙，不同出口叶片角的压气机性能进行仿真研究。研究结果表明，随顶部间隙的增大，压气机效率及压比下降；后弯叶轮性能优于径向叶轮。     

盘式聚光系统吸热器热性能实验研究

该文研究设计制作了平顶锥形吸热器,安装在一部盘式聚光系统上,利用水作工质,进行了热性能实验研究.按照定流量、变流量及当地天气情况,测试了一段时间内吸热器进出口的温度变化,分析了吸热功率和热效率.实验显示,当太阳直射辐射的辐照度升高,不论是定流量还是变流量状态,吸热功率变化趋势相同(均增加);热效率变化趋势则不同,定流量状态下降低,变流量状态下升高.研究表明,利用盘式聚光系统通过吸热器对水进行加热,所涉及的太阳直射辐射辐照度和工质状态是影响盘式聚光系统吸热器的吸热功率和热效率的重要因素.以上研究,对太阳能中高温利用及实际研发一套盘式太阳能热发电系统有一定参考作用.     

6．无盖高分子织物太阳吸热器性能

太阳热利用系统的能源供给费用,主要是其本身所需费用,它是由装置的寿命决定的。一般的吸热器是由某种高分子材料制成,形状是长方形或圆形。     

球形腔式太阳能吸热器性能的数值研究

利用蒙特卡洛光线追踪法分析了6种不同开口比(D/d)的球形腔式吸热器的光学性能,并以光学模拟所得壁面能流作为热分析的边界条件导入CFD软件中,运用CFD软件对6种不同开口比的球形腔式吸热器进行流固耦合传热计算,获得了球形腔式吸热器和内部流体的温度场分布。通过计算球形腔式吸热器的反射光损失、对流热损失和热辐射损失,得到聚光器/球形腔式吸热器系统的光热转化效率为81.9%～84.4%,球形腔式吸热器的最佳开口比1相似文献   

汇聚太阳能流体流速对吸热器温度场和应力场影响

为研究高汇聚太阳能流体流速对管式吸热器的温度场、热应变及热应力场的影响,本文采用蒙特卡洛与有限单元相结合的光热力顺序解耦计算法分析了不同流速下管式吸热器的温度场、热应变及热应力场的分布。计算结果表明管式吸热器的温度场、热应变及等效热应力均随着流体流速的增加而降低。与轴向热应力和径向热应力相比,切向热应力对管式吸热器的等效热应力的贡献比例更大,均匀化温度沿管式吸热器的圆周方向分布是热应力抑制的有效手段之一。     

扩散筒几何参数对管壳式离心风机性能的影响

针对某船用管壳式离心通风机扩散筒流动损失大、静压回收偏低的问题,采用CFD方法对该风机内流场进行了数值模拟,研究扩散筒扩散比A_e/A_(in)、长径比l/D_(in)对风机性能与扩散筒流动的影响,寻求气动性能相对较优的扩散筒结构。在保证风机主体几何参数和扩散筒进口直径不变的条件下,令长径比l/D_(in)为0. 8、1. 2、1. 6;扩散比A_e/A_(in)为1. 2、1. 5、1. 8,获得9个扩散筒模型,并计算出不同参数的扩散筒对应的当量扩张角。模拟结果表明:风机全压随扩散比增大显著增加,扩散筒长径比对风机全压的影响较小;扩散筒压力损失系数会随扩散比增大而降低且在不同流量工况下逐渐趋近平稳;扩散比对扩散筒性能影响显著,而当量扩张角对扩散筒性能的影响没有明显的规律性,因此在扩散筒设计时扩张角不能作为唯一依据。