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。     

塔式太阳能吸热器表面热流密度预测及优化

以塔式太阳能聚光集热系统为研究对象,耦合蒙特卡洛光线追踪法和卷积法,通过综合考虑定日镜阴影和遮挡因子以及反射光束对热流密度的影响,建立一种精度高、计算量小的吸热器表面热流密度分布预测数学模型,获得考虑光线遮挡、余弦损失、溢出损失及大气衰减等因素时单定日镜及全镜场下的光迹追踪路线及热流密度分布规律。并根据镜场光学效率与镜面所处的位置关系提出一种镜场布局优化方式。优化后12:00时镜场的光学效率从43.5%提高到45.6%,日平均光学效率提高约2%,太阳热流密度分布更加均匀。     

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   

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。     

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。     

槽式太阳能新型腔式吸热器的热性能研究

提出一种适用于抛物槽集热器的新型太阳能腔式吸热器,该装置具有较高的集热效率,同时连接安装和日常运行维护也相对便利.对其建立一套三维传热模型,并搭建采用新型腔式吸热器的抛物槽集热器实验系统,通过实验测试对比吸热器瞬时效率,验证模型的准确性.此外,定量分析不同环境参数与工作参数对新型腔式吸热器热性能的影响,结果表明:集热效...     

槽式太阳能新型腔式吸热器模拟和应用研究

对一种槽式太阳能新型腔式吸热器建立一维非稳态传热模型,搭建槽式太阳能集热器热性能实验平台,系统集热效率的模拟值与实验值的最大误差为5.36%,验证一维非稳态传热模型的准确性。根据中国太阳能资源带和建筑热工分区,选取13个典型地区进行全年集热性能分析,结果表明:各地区的年集热效率差异较小,当吸热器入口流体温度为150℃时,集热效率在45%～55%之间,但年集热量差异较大,资源丰富地区年集热量可达到资源缺乏地区的5～6倍。而同一太阳能资源带下,不同建筑热工分区的年集热量差异并不明显。     

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.     

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。     

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%。     

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。     

能流分布对超临界CO_2腔式太阳能吸热器热-力特性的影响

应用ANSYS建立以超临界CO_2为循环工质的螺旋管腔式太阳能吸热器的热-力耦合模型,得到不同能流分布形式下的温度场和应力场。依据Mendelson-Roberts-Manson方法,研究不同能流分布对吸热管预期使用寿命的影响。研究表明,能流分布形式对吸热器温度和应力分布及其使用寿命影响显著。在保持系统吸收总能量不变的情况下,吸热器表面局部能流越大,其局部温度越高,局部蠕变损伤加剧,影响系统使用寿命;局部能流梯度越大,其热应力越大,加剧局部蠕变破坏,影响其使用寿命。     

腔式太阳能水/蒸汽吸热器给水全称控制系统的设计

介绍了一种应用于塔式太阳能热发电系统中的腔式水/蒸汽吸热器给水全程控制系统。提出了系统运行对控制系统的控制要求,给出了吸热器的给水压力控制系统和给水泵转速控制系统的设计和研制方法。同时指出,为了避免两个系统之间的互相干扰,使各系统尽可能地协调动作,在给水压力控制系统中引入了水泵转速偏差前馈信号,在转速系统中引入压力偏差前馈信号,使系统的给水压力调节和给水泵转速控制互相联系起来,加快汽包水位的调节速度。     

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。     

太阳能—燃气混合型吸热器

本实用新型为一种太阳能—燃气混合型吸热器。它由燃烧器、吸热器、发动机等构成。其特征是：吸热器为锅形，其凹面前端布置旋流式燃烧器；燃烧器和吸热器两部分通过法兰连接，组成吸热腔体；吸热器和发动机之间采用法兰连接。在吸热器吸热面上焊接有旋流扭曲鳍片和稳燃棒。     

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。     

太阳能柱式吸热器非均匀受热的数值模拟

塔式太阳能热发电站中的吸热器是光热转换的重要设备,其由多根无间隙排列的集热管组成。通常集热管表面接收的太阳辐射能流极不均匀,当水/蒸汽作为集热管内的传热工质时,管内工质状态为复杂的沸腾两相流动,因此研究其受热特性具有重要价值。本文基于Fluent平台,利用VOF(Volume of Fluid)方法,建立了不均匀能流边界条件下水/蒸汽集热管的数值模型。模拟分析呈现了管内汽液两相的流动特性;得到了集热管管内工质和管壁的温度分布和集热管内壁面的努塞尔数分布。     

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。     

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。