超临界二氧化碳太阳能腔式吸热器光热特性研究

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(sCO2)的圆台形腔式吸热器,建立了吸热器的光热模型。采用蒙特卡洛光线追踪法分析了腔式吸热器的光学特性,并基于腔式吸热器的相关理论将热边界条件导入Ansys Fluent软件中,对吸热器的流动传热特性进行了计算流体力学（CFD）仿真模拟。研究了工质进口温度为150 ℃、太阳光辐射强度为800 W/m2时,吸热器不同采光口直径、倾斜角和辐射发射率对其光热特性影响的规律。研究结果表明：吸热器采光口直径对其光热效率的影响较大,采光口直径增加会降低吸热器光学效率,采光口直径过大或过小都会降低吸热器的热效率;随着吸热器倾斜角的增大,采光口内部热空气和外部冷空气之间的自然对流传热明显增加;辐射发射率对吸热器热效率的影响较小。     

基于黑体模型对碟式斯特林发电装置集热腔的优化设计

通过对吸热器所处的集热腔建立辐射换热模型,经计算有40%进入集热腔的太阳能未被吸收,导致吸热器的光热转化效率较低。基于对集热腔的黑体模型假设,分析产生上述现象的原因,在此基础上提出对吸热器表面进行人工处理镀黑镍的方法以提高吸热器对太阳能的吸收效率,并对结构进行优化设计,可进一步使吸热器对太阳能的吸收效率提高到90%以上,有利于提高碟式斯特林发电装置的发电功率及效率。     

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   

玻璃套管双层吸热芯的热辐射特性研究

为降低多孔介质高温吸热器的辐射散热损失,设计一种玻璃套管-多孔介质双层吸热芯。采用实验测量和蒙特卡洛数值模拟方法,定量分析双层吸热芯的多光谱热辐射传输特性。结果表明,绝大多数太阳辐射外热源在双层吸热芯的内部被吸收（多孔介质入口段）。当工作温度为1000 K时,双层吸热芯的太阳光吸收比与自身红外辐射发射比之比达到约2.0,其辐射热效率较单层多孔介质吸热芯高约30%。     

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。     

环腔流道太阳能空气吸热器的光-热转换特性研究北大核心CSCD

吸热器是太阳能聚光热利用系统中光-热能量转换的核心部件,文章针对一种简单结构的环腔流道吸热器,采用光线跟踪方法和计算流体力学方法实现光热耦合,建立了含石英窗环腔流道空气吸热器的耦合传热数值模型,探讨了碟式聚光器焦距、太阳直接辐射强度、质量流量、入口温度以及能流分布形式(非均匀与均匀能流分布)对光热转换性能的影响。研究表明:吸热器热效率和出口温度受焦距影响不大,但壁面峰值温度随焦距增大而急剧上升;热效率与质量流量呈正相关而与太阳直接辐射强度(Direct Normal Irradiance,DNI)呈负相关,出口温度反之,当DNI=800 W/m^(2),质量流量m=0.0166 kg/s时,吸热器综合热性能最优,热效率和出口温度分别为74.70%和478.74 K;出口温度受入口温度直接影响以几乎相同的差值变化,入口温度每升高50 K,热效率下降7.3%左右,该吸热器结构适用于中低温空气;能流分布均匀与否对出口温度及热效率影响不大,均匀能流分布下的吸热器壁面峰值温度反而略高于非均匀能流分布的。     

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。     

非均匀热流下球形腔式吸热器热性能的数值研究

建立了球形腔式吸热器三维模型;以基于蒙特卡罗光线追迹法(MCRT)进行光学模拟得到的能流分布,作为吸热管壁的热边界条件;通过数值模拟研究球形吸热器的耦合传热问题;探讨吸热流体入口参数对热性能的影响。研究表明:吸热管壁的辐射能流密度分布不均匀;在相同条件下,下入口吸热器的热性能优于上入口吸热器;在吸热流体的入口速度为0.2~0.4 m/s,提高流速可明显增大吸热器热效率,入口速度大于0.6 m/s时,热效率的增大速率变得平缓;随入口温度升高,热效率几乎呈线性下降。基于非均匀热流边界条件下的吸热器三维数值模拟结果更符合实际情况,为吸热器的优化设计与推广应用提供依据和参考。     

新型太阳能空气集热器瞬时效率影响因素分析

选取一种新型抛物线型波纹吸热板太阳能空气集热器作为研究对象,建立其数学模型和物理模型,利用ANSYS(有限元分析)14.0数值模拟软件,模拟空气集热器入口空气温度、吸热板涂层、某天不同时刻、波纹布置方式、空气流动方式以及吸热板波纹幅值对空气集热器换热特性及瞬时效率的影响。结果表明:吸热板入口空气顺流流动的温度越低、横向抛物线型波纹板上使用选择性吸收涂层会使得其吸热板平均温度降低,瞬时效率增大,在入口空气流速2.0 m/s时,使用选择性吸收涂层使得瞬时效率最大达68.5%。另外,空气集热器的瞬时效率随时间的推移先增加后减小,在13时时,效率最大达61.8%;吸热板波纹幅值的增加提高了空气集热器的瞬时效率且增幅逐渐减小,在幅值h=10 mm时,效率最大达75.4%。     

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。     

基于Fluent的排气火花熄灭消声器性能仿真分析

为掌握火花熄灭消声器内部流动特性,采用湍流模型和离散相(DPM)模型对双级膨胀腔消声器内气固两相流动情况进行了数值模拟研究。通过建立的模型和边界条件模拟气体流动,利用双向耦合拉格朗日法追踪颗粒运动轨迹;讨论了不同颗粒粒径、入口颗粒浓度以及不同排气流速对火花熄灭效率和压力损失的影响。数值计算结果表明:随着颗粒粒径、入口颗粒浓度及排气流速的增加,火花熄灭效率逐渐增大,特别是颗粒粒径和排气流速对火花熄灭效率影响比较明显。     

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。     

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。     

碟式太阳能光热转化单元热损失数值分析

以某碟式太阳能光热转化单元为例,基于集热器尺寸误差、几何结构和运行工况参数,建立了碟式太阳能光热转化单元热损失以及热效率数学模型,开展了碟式太阳能光热转化单元热损失及热效率的定性分析和定量计算。结果表明:各种热损失中,聚光器光学损失Qopt、吸热器再辐射热损失Qrad、反射热损失Qref占总损失的比例相对较大,光学损失Qopt最为显著,达到为58.27%;集热器光学误差δ、采光口直径Dap是影响光热转化单元热损失及热效率的关键因素;降低光学误差δ,减小集热器采光口直径Dap,可有效降低单元热损失值,提高热效率。     

基于Workbench的固体电蓄热装置换热通道参数优化

为了解决固体电蓄热装置储释热过程的温度分布均匀性问题,需要对蓄热体换热通道结构参数开展优化设计。根据对称性建立了表征空气与蓄热材料传热过程的传热单元,以传热单元平均温度最大和压力损失最小为优化目标,基于ANSYS Workbench的响应面优化模块对蓄热砖的几何参数(高度、宽度、厚度)和换热通道宽度开展优化设计。结果表明：恒定入口流速下,换热通道高度和宽度的增加,对传热单元平均温度的提高影响较小,但是换热通道宽度对压力损失的改变有显著影响;蓄热砖宽度或高度对于蓄热过程平均温度的改变影响明显,水平方向蓄热砖宽度由15 mm增加到40 mm平均温度降低约7.5 K,竖直方向蓄热砖高度由15 mm增加到30 mm整体蓄热温度线性降低(降温幅度7.5 K),竖直方向蓄热砖高度为20 mm、入口温度1 023 K时升温速度达到297.5 K/h;通过传热单元结构参数敏感性分析可知,设计换热通道选择的蓄热砖宽度和高度均不宜过大。     

板管-铝槽式水冷PV/T集热器优化设计与研究

设计了一种板管-铝槽式结构的太阳能光热光电一体化系统(PV/T),通过数值模拟的方法,获得水流量、管间距、保温层厚度以及入口水温对出口水温、电效率和热效率的影响规律,最终得出该PV/T系统的优化设计方案为:水流量20L/h,管间距80mm,入口水温为环境温度(模拟设置为18℃),保温层厚度30mm。并且发现电效率对水流量的敏感度最大,对保温层厚度的敏感度最小,而热效率对保温层厚度的敏感度最大,对入口水温的敏感度最小。该数值模拟优化设计对实际PV/T系统的进一步设计,实验具有重要的参考价值。     

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...     

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。     

塔式太阳能腔体吸热器光热耦合模型与试验

基于蒙特卡洛方法建立光线追踪模型,利用CCD相机和朗伯板展开聚光实验,实验结果表明测量光斑与模拟光斑在大小、形状和能量分布上吻合良好。针对腔体吸热器提出光热耦合模型,考虑腔内不同吸热管之间的辐射换热,模拟结果与实验结果最大相对误差为8.6%。     

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。