基于能量流的塔式太阳能热发电吸热器动态建模

塔式太阳能热发电空气吸热器的最大热应力与其温度变化率成正比,吸热器出口空气温度的动态特性影响塔式光热系统的功率特性。结合热电比拟理论,采用对流换热系数和Rosseland辐射传递方程描述传热过程,建立塔式太阳能热发电系统中碳化硅泡沫陶瓷吸热体的能量流模型。通过剖析空气吸热器工作过程的传热特性,得出平均能流密度、吸热体厚度、平均孔径对出口空气温度、吸热体温度的影响,为该类空气吸热器的设计提供了理论依据。     

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。     

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。     

腔式太阳能高温空气吸热器传热过程数值模拟

介绍了一种应用于塔式太阳能热发电站的腔式高温空气吸热器,建立了吸热器内部空气流动及传热过程模拟数学模型,并通过数值方法,模拟了吸热器内部的空气流场和温度场。结果得知:空气进入吸热器后,沿内壁面轴向高速流动,随着深度的增加,速度越来越小,到达底部时速度最小;在压差的作用下,进入吸热器内部的空气会不断流向和冲刷针肋及壁面,而主流方向的流量不断减少;空气通过冲刷高温针肋及壁面不断吸收热量,温度不断升高;由于吸热器底部空气速度较小,对流换热系数较小和热流密度较大,因此该处温度较高,是整个吸热器的最脆弱部位;在高辐照强度情况下,虽然加大空气流量可降低吸热器壁面的温度,但由于其对流换热系数与空气流速不成正比例,壁面温度一般还会有所升高。     

基于碟式聚光的太阳能盘管吸热试验与模拟

为开发适合太阳能布雷顿循环的压缩空气吸热器,利用碟式聚光系统,在实际太阳辐射下研究盘管式空气吸热器运行特性。试验表明,压缩空气出口温度可达800℃以上,最高热效率达到61.2%,最大吸热功率为30.6 kW。利用Fluent建立吸热器的三维稳态模型,获得吸热器内的温度分布,指出减小采光孔尺寸,可大幅降低吸热器的辐射和对流损失,将吸热效率从56.8%提高到75.8%。建立吸热器的一维瞬态模型,阐明实际太阳辐射波动条件下吸热器的瞬态运行特性,模拟结果与试验结果的最大平均相对误差为10.7%,结果可为太阳能布雷顿循环系统的高温气体吸热器的设计与运行提供重要参考。     

超临界二氧化碳太阳能腔式吸热器数值模拟研究

针对太阳能碟式聚光器,设计了一种工质为超临界二氧化碳的圆台形腔式吸热器,建立了腔式吸热器的光热模型。采用蒙特卡洛光线追踪法分析了腔式吸热器的光学特性,并基于相关理论,将热边界条件导入Ansys Fluent软件中,对腔式吸热器的光学特性及流动传热特性进行了计算流体力学(CFD)仿真模拟,得到腔式吸热器内工质出口温度、工质流动压降、光学效率、热效率以及散热损失随着工质进口温度(100～200℃)和太阳光辐射强度(400～1 200 W/m²)的变化规律。结果表明：不同太阳光辐射强度下,吸热器的光学效率基本不变;太阳光辐射强度对腔式吸热器热效率的影响不明显;工质进口温度越高,吸热器的热效率越低;腔式吸热器散热损失中,自然对流散热损失最大,其次是辐射散热损失及导热散热损失。     

基于分布参数模型的塔式熔盐吸热器换热过程动态特性研究

文章以塔式太阳能热发电站中的圆柱形外露管式吸热器为研究对象,利用分布参数方法建立了对流-辐射传热吸热器的非稳态传热模型。基于此模型,分别研究了当辐射热流密度、熔盐流量、熔盐进口温度和环境风速等参数发生阶跃变化时,圆柱形外露管式吸热器的动态特性。研究结果表明:当上述参数发生阶跃变化时,熔盐出口温度的动态变化过程存在不同的时间常数;辐射热流密度、熔盐进口温度和熔盐流量是影响熔盐出口温度的主要因素,瞬时风对熔盐出口温度影响较小。     

碳化硅泡沫陶瓷内低浓度瓦斯的燃烧特性研究

文章搭建了碳化硅泡沫陶瓷低浓度瓦斯燃烧实验台,研究了不同孔隙密度的碳化硅泡沫陶瓷内低浓度瓦斯燃烧时的温度分布及不同当量比瓦斯燃烧时的火焰传播速度,分析了碳化硅泡沫陶瓷的孔隙密度对低浓度瓦斯燃烧特性的影响。研究结果表明:碳化硅泡沫陶瓷的孔隙密度与碳化硅泡沫陶瓷的表面温度以及碳化硅泡沫陶瓷内的火焰传播速度均不呈正相关,当碳化硅泡沫陶瓷的孔隙密度由10 PPI依次增加到20,30,40PPI时,碳化硅泡沫陶瓷的表面温度呈现出先升高再降低最后又升高的变化趋势;碳化硅泡沫陶瓷内的火焰传播速度随着碳化硅泡沫陶瓷表面温度的升高而增大,不同孔隙密度的碳化硅泡沫陶瓷内火焰传播速度的大小顺序为20 PPI40 PPI30 PPI10 PPI;辐射消光系数和比表面积均居于中间的孔隙密度为20 PPI的碳化硅泡沫陶瓷的综合换热效果最好,具有上游温升快,下游温降慢的特点。     

一种多孔介质太阳能吸热器传热研究

为了研究塔式太阳能多孔介质吸热器的传热传质特性,建立吸热器稳态传热模型,选择适合多孔介质太阳能吸热器的体积对流换热系数模型,采用数值方法求解,并分别分析孔隙密度、孔隙率和入口空气速度对温度场的影响。文中技术可以为同类型太阳能吸热器的设计和改造提供参考。     

塔式太阳能熔盐吸热器运行特性与策略优化

该文研究太阳光照条件、环境温度、风速、风向等因素对塔式太阳能热发电熔盐吸热器整体热效率和散热损失的影响规律,讨论吸热器的运行策略及其对系统效率的影响.吸热器的运行受风速和入射能量的影响较大,受风向和环境温度的影响较小.额定出口温度模式下,当风速超过7m/s时,对流散热损失超过辐射散热损失.风速对吸热器局部对流散热损失的...     

窗式颗粒幕吸热器腔内耦合传热机理建模研究

太阳能颗粒幕吸热器可以利用自由下落颗粒直接吸收聚集的太阳辐射能。文章基于离散相模型(DPM)和离散坐标辐射模型(DOM),在颗粒幕入口厚度为10～50 mm的5种工况下,对带有石英玻璃窗的颗粒幕吸热器进行三维数值模拟,分析了颗粒相与流场之间的气固耦合作用和颗粒辐射对吸热器整体辐射场的影响。模拟结果表明:带有石英玻璃窗的颗粒幕吸热器可以有效增加吸热器的光热转化效率、降低对流热损失和吸热器空腔内壁面再辐射热损失;在相同颗粒质量流量下,颗粒幕厚度对颗粒幕流动形态和温度分布存在不可忽略的影响;吸热器出口处颗粒的平均温度达到1 120 K以上,吸热器的光热转化效率达到0.65以上;随着颗粒幕入口厚度的增大,吸热器出口处颗粒的平均温度和吸热器的光热转化效率呈现先增大后减小的变化趋势,在颗粒幕入口厚度为30 mm时,吸热器出口处颗粒的平均温度和吸热器的光热转化效率最高,分别为1 128.5 K和0.664。     

金属管式承压空气吸热器实验研究

对内径为6 mm,壁厚为2 mm的太阳能热发电用金属管式承压空气吸热器的热性能进行了实验研究,分析了太阳法向直接辐照度(DNI),金属管式承压空气吸热器内空气质量流量对该吸热器出口空气温度的影响。实验结果表明:在空气质量流量相同的条件下,DNI越高,金属管式承压空气吸热器出口空气温度越高,该吸热器获得的热功率越大,吸热器内空气粘性越高,吸热器内空气压力损失也越大;随着金属管式承压空气吸热器内空气质量流量逐渐减小,该吸热器出口空气温度逐渐升高;随着金属管式承压空气吸热器内空气质量流量逐渐增大,该吸热器内空气压力损失逐渐增大;金属管式承压空气吸热器热效率受DNI和空气质量流量的综合作用,且该吸热器热效率的最大值出现在DNI较低处;当金属管式承压空气吸热器内空气压力损失较大时,应增大吸热管的管径或缩小吸热管单管的管长。     

两段式塔式太阳能腔式吸热器设计及性能分析

针对一种新型两段式塔式太阳能热发电的吸热器进行几何设计,建立了呈高斯分布热流密度的条件下吸热器辐射和对流换热以及流动模型,确定了吸热器I和吸热器II受热面蛇形管管道布置方式和几何尺寸,获得了吸热器内部不同位置受热面的热流密度分布情况.结合气液两相传热和流动特点确定了吸热器典型管道内部工质温度、干度、压降和沿管道流程的壁温分布规律.得出两段式塔式太阳能腔式吸热器几何结构的系统化设计流程,并对吸热器进行了热力性能分析.结果表明:两段式塔式太阳能腔式吸热器能够有效减小预热蒸发吸热器的几何尺寸,提高平均辐射热负荷的同时降低吸热器的平均温度,有效提高吸热器的热效率;多管程蛇形管道布置可使出口参数分布更加均匀,避免受热严重不均等安全问题.     

塔式熔盐吸热器热效率计算数值研究

本文论述了拟建的100MW塔式光热电站熔盐吸热器热损失主要组成项:辐射热损失、对流热损失及导热热损失,其中辐射热损失可由公式直接算出,由于本项目计算的雷诺数大,对流热损失关联式已不适用,故采用数值模拟方法进行对流热损失计算.分析了吸热器外壁温、环境风速、环境温度对换热系数的影响,计算出本项目的吸热器热效率.     

变热负荷下蒸发面流量分配的试验与模拟研究

塔式太阳能热发电系统中,由于定日镜场的聚焦作用使得腔式吸热器受热面局部区域热负荷高度集中且随时间和空间不断变化导致吸热器系统工质流量分配特性恶化。该文以吸热器蒸发受热面水动力特性的试验平台为研究对象,结合吸热器内辐射-对流的能量传递过程,建立受热管内工质流动换热计算模型,在此基础上建立非均匀热负荷分布条件下腔式吸热器水动力计算的非线性数学模型,得出不同工况下蒸发受热面内工质的流量分配规律。     

THE CHARACTERISTIC RESEARCH OF SOLAR ABSORPTIVITY, ENERGYCONVERSION AND HEAT TRANSFER IN FOAM CERAMICS

通过实验测试和数值模拟对太阳辐射能量转换器(solar energy converter)及其填充的泡沫陶瓷辐射吸收特性、气流流动和换热特性进行研究.研究结果表明:应用Lacoix模型建立太阳辐射能量转换器内填充SiC泡沫陶瓷气流流动模型是合理的.在实验条件下,太阳辐射能量转换器出口处流通空气温度可达600.82K,太阳辐射辐射能转换为流通空气热能的效率可达51％;在相同条件下,随着太阳能反射镜的有效辐射面积和辐射强度的增加,太阳辐射能量转换器出口处流通空气温度几乎呈线性增长;随着泡沫陶瓷孔隙率增大,太阳辐射能量转换器出口处流通空气温度先增大后减小.     

掺烧煤气协同分级配风对锅炉热量分配的影响

以煤粉掺烧高炉煤气和焦炉煤气的锅炉为研究对象,研究了高炉煤气与焦炉煤气热量掺烧比协同分级配风对锅炉主蒸汽、再热蒸汽吸热量的影响。结果表明:仅掺烧高炉煤气或焦炉煤气对辐射换热量和对流换热量的分配作用相反;同时掺烧高炉煤气和焦炉煤气时,主蒸汽、再热蒸汽吸热量均以对流换热为主,总吸热量均增加;高炉煤气二次风门开度增大会使再热蒸汽吸热量增加,而对于主蒸汽,对流换热量的增加未能抵消辐射换热量的减少;主蒸汽和再热蒸汽的对流换热量均随着煤粉二次风门开度的增大而减少,且随着分离燃尽风(SOFA)风门开度的增大而增加。     

多功能太阳能采暖集热器研究

本研究设计了一种可转换冬季与夏季功能的太阳空气集热器,该集热器的集热板为一组叶片,叶片由传动装置联接在一起,吸热板叶片可以转动,并且能够跟踪太阳能运行,最大限度吸收太阳辐射。吸热板背面涂以热反射涂层,夏季叶片翻转180,°反射红外辐射隔热降温。文章分析了影响太阳空气集热器的瞬时集热效率的各种因素,并对其热性能进行了试验。     

内插式太阳能真空管空气集热器性能分析

建立了内插管式真空管空气集热器管内空气流动与换热的三维瞬态模型,该模型能够反映真空管吸热层表面辐射热流随时间和各微元位置不同而变化的特点。对不同工况下集热器的主要性能参数及内插管与真空管吸热体表面的温度分布进行预测。同时对横双排内插管式真空管空气集热器进行实验研究,理论和实验相结合,分析了不同工况下集热器的集热温度、瞬时集热效率、热损系数等性能参数,该集热器春夏季在30～80℃的集热温度范围内,集热效率在50%～70%之间,热损系数集中在2～6W/(m~2·K)的范围内。     

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