塔式太阳能发电多孔介质吸热器动态模型

塔式太阳能发电多孔介质空气吸热器吸热表面温度变化率与吸热器的最大热应力成正比,出口空气温度的动态特性与发电系统的功率特性直接相关。建立多孔泡沫陶瓷吸热器传热传质非稳态模型,利用实验数据建立容积对流换热系数模型,并应用数值方法求解非稳态模型。研究投入热流密度和空气入口流速阶跃后吸热表面固体骨架温度和出口空气温度的动态变化特性。研究结果可以为该类型吸热器的设计和优化控制提供参考。     

太阳能吸热器内超临界二氧化碳对流换热特性数值研究

为分析聚光太阳能热发电中吸热器内超临界二氧化碳（S-CO₂）在高温非均匀壁面热流密度分布下的对流换热特性，采用ANSYS Fluent软件建立了管排式吸热器的三维数值模型，对其中S-CO₂对流换热特性进行数值仿真，并考虑了吸热器与外界环境的辐射和对流换热，分析了吸热管半周均匀受热、半周周向均匀轴向高斯受热和半周周向余弦轴向高斯受热3种非均匀壁面热流密度分布的影响。仿真结果表明:外界环境的辐射和对流换热对吸热器壁面温度影响较大，相较于未考虑外界环境的辐射和对流换热，考虑辐射和对流换热的壁面最高温度下降6.84%；3种壁面热流密度分布中半周周向余弦轴向高斯受热的吸热器出口温度和壁面最高温度均最高，其壁面最高温度比半周均匀受热高353.4 K；非均匀壁面热流密度分布虽然对吸热器内流体流量分配不均匀性的改善不明显，但可明显削弱流量分配不均造成的各吸热管流体温度偏差的影响。     

周向非均匀热流下吸热管内单侧对流传热系数

太阳能吸热器管外壁周向热流不均匀对吸热管单侧对流传热系数带来影响,基于此,建立周向非均匀热流下吸热管内熔盐对流传热的实验台和数值计算模型,分析周向热流分布对吸热管单侧对流传热系数的影响规律。结果表明:各热流比吸热管内平均对流传热系数基本相等,低热流侧管内对流传热系数大于平均对流传热系数,高热流侧略小于平均对流传热系数,但高热流侧管内熔盐湍流度比低热流侧大。高热流侧管内各对流传热系数较接近,低、高热流侧管内对流传热系数的差值随着Re数和高低热流侧热流比的增大而增大。提出周向非均匀热流下吸热管单侧对流传热系数的计算方法-单侧计算法,按照该方法计算管内高、低热流侧对流传热系数与平均对流传热系数的偏差均在±4%以内。     

非均匀热流密度下太阳能吸热管的温度特性

对矩形非均匀热流密度分布下太阳能槽式吸热管内流固耦合传热过程进行了数值模拟,得到了吸热管壁温度分布及周向和径向温度梯度。结果表明,太阳能吸热管在非均匀热流作用下其管壁温度分布不均匀,周向温度梯度在受热和非受热交界面附近有剧烈变化。吸热管热流密度的增加会导致壁面温度梯度增大,而管内换热的增强及热流密度的分布特性对温度梯度有影响。     

锅炉集箱系统并联管组流量不均匀性与热负荷间的关系

锅炉集箱系统设计结构的多样性,使得其中受热并联管组内流体的流动特性也趋于复杂化。确保并联管组内的流体具有良好的流动特性是集箱系统安全运行的保证。通过创建一种集箱系统的水动力特性分析模型,研究热负荷分布不均匀性对并联管组流量分配不均匀性的影响,并对其变化关系式进行了理论推导,同时给出分析实例。分析结果表明：在单相状态或摩擦阻力校正系数可视为常数的汽水两相状态下,集箱系统内各并联管的分配流量与其平均密度间总体上呈二次函数变化关系,且单相水和两相状态下并联管的分配流量随其热负荷的增加而增加,单相蒸汽状态下并联管的分配流量随其热负荷的增加而减小。     

周向非均匀热流边界条件下太阳能高温吸热管内湍流传热特性研究

周向非均匀高密度热流引发的过热问题一直影响着太阳能热发电站中高温吸热器的运行安全。该文建立了太阳能高温吸热管对流换热电加热实验台和数值计算模型,通过实验研究和模拟计算,研究了周向非均匀热流边界条件下吸热管壁温度分布规律。研究结果显示:周向非均匀热流边界条件下吸热管壁温度分布与截面圆心角余弦呈函数关系,实验测量结果与数值计算结果吻合较好;经典Dittus-Boelter公式仍可用于计算周向非均匀热流边界条件下吸热管内的换热计算,但不适用于管壁温度分布计算。文中给出了周向非均匀热流边界条件下吸热器管壁温度计算关联式。     

周向非均匀热流边界条件下混合熔融盐在太阳能高温吸热管内的强化换热研究

周向非均匀高密度热流引发的过热问题一直影响着太阳能热发电站中高温吸热器的运行安全,混合熔融盐作为高温传热工质的引入使得这一问题更加严峻。该文建立了混合熔融盐在太阳能高温吸热管内对流换热与强化换热数值计算模型,研究了周向非均匀热流边界条件下混合熔融盐在光滑管与强化换热管内的换热性能。结果显示:内插螺旋纽带强化换热方式对周向非均匀热流边界条件下吸热管的管壁温度和管内流体温度分布均匀性有明显改善。间隙率C与扭曲率y的减小都有助于强化换热效果的增加,特别是C=0,即内插纽带完全接触管壁时,强化传热效果最为显著,但与此同时小的间隙率与扭曲率也造成阻力系数的增大。     

直通式真空集热管热性能的数值模拟研究

利用Fluent软件对直通式真空集热管复杂的耦合换热过程进行了数值模拟,建立了集热管的非均匀热流边界条件下的传热模型,并将模拟结果与实验结果进行对比验证;分析得到了非均匀热流边界条件下,辐照强度、传热工质流速和入口温度对吸热管周向温度分布的影响。结果表明:吸热管轴向热流分布极不均匀,吸热管周向温差高达74.5 K。较大的温差会使集热管产生热应力,当超过集热管的屈服强度时,就会引起集热管的破坏,降低使用寿命。     

暖风器集箱系统并联管组流量偏差因素的研究

低温省煤器与暖风器联合循环系统是一种能够有效提高机组效率、解决空气预热器堵塞问题的系统,目前在不少电站锅炉上已有应用,取得了较好的效果。但是,在实际应用中,该系统普遍存在流量分配不均匀的问题,尤其在北方冬季会出现暖风器换热管由于流量偏差而导致的冻裂现象,严重影响设备的安全运行。针对该问题,从暖风器内工质流量分配的机理入手,分别建立了基于FLUENT平台的数值计算模型和基于Visual Basic 6.0平台的水动力计算模型。通过大量的计算对比,深入分析了热负荷、工质侧重力、工质流速、管间距、进出口集箱布置位置等参数对换热管流量不均的影响。研究结果表明：随着热负荷的增加,流量偏差显著增大;随着集箱高度的增加,集箱内重力影响增大,流量偏差也会明显变大;随着流速的增加,强制流动在集箱内的作用逐渐增强,弱化了集箱内的重力影响,流量偏差变小。热负荷和重力的耦合作用是导致暖风器内流量偏差的主要原因。最后,基于计算分析的结果,提出了抑制流量偏差的几种方案。研究成果为暖风器的合理设计和解决暖风器换热管冻裂问题提供了有力的技术支持。     

锅炉过热器与再热器流量分配的非线性数学模型及壁温计算方法

根据并联管组各根管子进、出口降之间的关系,并考虑到分配集箱与汇集集箱中流体的静压变化,建立了锅炉过热器、再热器流量分配的非线性数学模型。该模型所使用的经验参数较少,具有较高的计算精度,并可求出每根管子中的工质流量。各根管子上的热负荷分布已知后,再考虑到流量分配特性,即可确定需要进行壁温校核的危险部位及其壁温。此方法克服了目前常用的电厂锅炉壁温计算方法中核核点工质流量与热负荷并一定互相对应的缺点。针对蒲城电厂330MW燃煤直流锅炉1号过热器的改造方案,利用本文提出的方法与电厂锅炉常用的壁温计算方法分别计算了100％与50％锅炉运行负荷下危险部位的壁温。结果表明,所有校核点的壁温均有在管材所允许的范围之内。     

槽式太阳能腔体式吸热器热力性能分析

详述了适用于槽式太阳能中低温有机朗肯循环热发电系统的腔体式吸热器的结构形式和聚光原理;并应用TRACEPRO软件对该吸热器的光学特性进行了分析,证实了该吸热器能够可靠地接收太阳辐射;建立了该吸热器的二维稳态传热计算模型;选用R123作为工质,系统地分析了其在超临界工况下的辐照强度、工作压力、工质流量、环境风速以及保温层厚度等参数对热吸热器热力性能的影响规律。结果表明:吸热器在超临界工况下工作时,适当增加工质流量可以增大其吸热量并保证其安全稳定运行;增加入口压力会增加设备成本,并且不能提高吸热器的性能;合理的保温层厚度可以有效减少热损,使吸热器性能得到改善。研究结果可为设计和搭建腔体式吸热器实验台提供理论参考。     

塔式光热电站熔盐吸热器关键技术研究

对塔式光热电站与吸热器进行了概述,并介绍了熔盐吸热器在国内外的研究进展。从全境场下吸热器表面瞬时热流分布、吸热管材质及其抗腐蚀抗疲劳特性、选择性吸收涂层技术、熔盐防凝固与快速疏盐技术等方面分析了塔式光热电站熔盐吸热器的各项关键技术,为从业者提供参考。     

基于炉内三维燃烧检测的蒸发系统分布参数建模

利用炉内三维燃烧工况实时可视化检测系统获得的炉内烟气三维温度分布及炉膛辐射能信号,计算炉内水冷壁二维表面非均匀辐射热流分布。以此作为边界条件,建立锅炉蒸发系统分布参数动态模型,反映壁面热流密度、壁面温度、质量含汽率、质量流速等热力参数在蒸发受热面上的动态分布,以及汽包压力、水位、出口蒸汽流量的动态变化。对模型中与对象有关的两个主要参数——汽包出口流量方程系数和炉内烟气等效射线长度,进行了辨识计算,以适应大范围负荷变化的需要。     

低质量流率垂直管圈超临界煤粉锅炉的水动力特性分析

为研究超临界条件下低质量流率垂直管圈锅炉的水动力特性,建立了超临界锅炉上升管水冷壁内工质的流动和传热模型,对采用低质量流率垂直管圈的600 MW超临界煤粉锅炉的水动力安全性进行计算,分析全负荷条件下不同质量流率的垂直光管和垂直内螺纹管水冷壁管内工质的流动、传热及压降变化,对2种布置方案的优缺点进行比较。此外,还考虑了加装节流圈和中间混合集箱对垂直布置的水冷壁水动力特性的影响。综合计算结果,给出安全的垂直水冷壁布置型式,为锅炉设计提供参考.     

竖直细管内高速空气-过冷水环状两相流的蒸发-对流耦合传热特性

通过数值计算研究了竖直细小传热管内高速空气-过冷水非沸腾环状两相流的传热传质特性。计算结果表明：在细小管内壁上过冷水形成非常薄的液膜，壁面热流密度可以分为液膜吸热，液膜蒸发和气相(湿空气)吸热3部分。在管内下部的环状流区域内，液膜蒸发换热是支配性的传热方式，并具有十分强的换热能力。数值计算指出即使在高热流密度条件下管壁温也能保持在较低范围。计算结果较好地预示了过去的实验结果。     

塔式太阳能发电多孔介质吸热器传热研究

为研究多孔介质结构参数对塔式太阳能多孔介质吸热器传热传质特性的影响,建立容积式吸热器稳态传热模型,在总结一般多孔介质容积换热系数模型的基础上,利用实验数据提出针对太阳能多孔介质吸热器的容积换热系数模型,并与实验数据进行比较,验证了所提模型的可靠性。采用数值方法对吸热器传热模型进行求解,并分别分析孔隙率、平均颗粒直径、厚度与入口空气速度对温度场的影响,为同类型太阳能吸热器的设计和改造提供了参考。     

一种确定锅炉沿炉膛宽度方向热负荷分布的方法

电站锅炉在运行过程中,炉膛热负荷分布受燃料类型、燃烧方式、炉膛形状等多种因素的影响。针对炉膛热负荷分布难以准确预测的问题,提出了一种确定超超临界墙式切圆燃烧直流锅炉沿炉膛宽度方向热负荷分布的计算方法,将某一工况下管子出口温度作为已知条件,结合系统结构参数进行水动力计算,建立压降计算模型,研究水冷壁系统的流动特性以及炉膛的传热特性,确定水冷壁系统阻力、压降以及流量分布。根据计算结果得到单根水冷壁管沿炉膛宽度方向的热负荷分布规律,并以此为基础,建立热负荷模型,对另一工况进行计算与分析。计算结果表明,本文所提出的热负荷分布计算方法能够准确反映每根管子总吸热量沿炉膛宽度方向的分布,可以应用于锅炉现场运行的安全性分析。     

垂直上升加热管道内超临界二氧化碳流动不稳定性研究

超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环发电技术被认为是最具前景的发电技术之一。在S-CO₂发电系统启动/停机或者较低负荷的条件下,主压缩机送出的S-CO₂在不能够充分回热的条件下直接进入S-CO₂锅炉,会使S-CO₂锅炉气冷壁内的大量S-CO₂工作在拟临界温度点附近,致使S-CO₂流动不稳定性成为S-CO₂锅炉必须考虑的问题。本文以S-CO₂锅炉气冷壁最为常见的布置结构（即垂直上升加热管）为研究背景,首先构建了S-CO₂流动不稳定性的计算模型,随后进行了大量的数值计算,研究了典型工况下的S-CO₂流动不稳定性特点,获取了主要边界参数对界限热流密度的影响规律。结果显示:随着入口压力或者质量流量的增大,界限热流密度显著提升,管内流动稳定性有明显提高;随着入口温度的提高,界限热流密度先降低再升高;对于不同的工况,存在1个临界入口温度,在该入口温度下,界限热流密度最低,管内流动稳定性最差。     

塔式太阳能热发电吸热器热效率影响因素分析

对塔式太阳能热发电吸热器表面的热流特性进行分析,并通过热流平衡关系式得出吸热器热效率的公式,研究了吸热器的发射率、吸收率、风速、环境温度等因素对吸热器热效率的影响;同时对不同聚光比、不同吸热器温度条件下系统的热电综合效率进行了研究分析。结果表明:环境温度对吸热器热效率的影响很小,而风速对吸热器热效率的影响不容忽略,当风速高于12 m/s时,对流散热损失超过了辐射散热损失;选择性涂层可以提高吸热器的热效率,对于高聚光比的塔式太阳能热发电技术,可提高吸热器热效率约5.0百分点;系统的热电综合效率在给定聚光比条件下存在最大值。研究结果可为吸热器的设计及整体系统的优化提供参考。     

1000 MW高效超超临界锅炉分割屏吸热偏差优化研究

分析了某1000MW高效超超临界参数锅炉运行中出现的分隔屏吸热偏差问题,运行数据表明沿炉宽方向,分隔屏的吸热状态均呈中间高两侧低的分布趋势,其主要原因是炉内热负荷分布不均匀。通过对分隔屏结构优化,改善了屏间及管间蒸汽流量分配,进而改善了分隔屏的吸热分布,使分隔屏吸热特性与炉内热负荷分布相匹配。