太阳能承压式空腔热能吸收器数值模拟研究

【摘要】：进入21世纪,能源危机促进世界各国对新能源的开发,特别是太阳能。塔式太阳能热发电技术作为其中一种太阳能开发的主要技术方式,因其工质工作温度高、热效率较高、与传统发电技术兼容性强的优点而得到广泛发展。本文针对塔式太阳能热发电技术中的太阳能承压式空腔热能吸收器进行结构设计与性能优化研究。根据计算流体力学和传热学理论,采用数值模拟法,利用FLUENT软件作为研究工具。 太阳能承压式空腔热能吸收器可分为无多孔吸收体式和多孔吸收体式两种。吸收器的流体出口温度、入口压力都与入口速率成五次多项式关系；出口流量与入口流体速率以线性关系变化；热能吸收率、进气腔温差与入口速率之间成反比例关系。根据非线性优化理论,用集总参数量Z进行综合分析以上五个量的最优化参数,得到Z值随入口速率呈现Nelder反比例关系。集总参量Z的极大值在入口速率2.0m/sVinlet3.0m/s之间。在此基础上,研究多孔吸收体厚度与设定位置对吸收器性能的影响。通过集总参量Z与气腔容积比之间的关系进行性能优化分析。当气腔容积比当α0.9时,在入口速率为Vmlet=2.0m/s的情况下出现集总参量Z的最大值。当a0.9时,在入口速率为Vinlet=2.5m/s的情况下出现集总参量Z的最大值。数值模拟结果与实际的实验结果相比,置信度可以达到90%。 多孔吸收体可以改善承压式空腔热能吸收器的温度分布、降低故障率、延长使用寿命,是吸收器的发展方向。 【关键词】：太阳能 空腔热能吸收器 多孔吸收体 FLUENT
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 缩写、符号说明8-9
• 前言9-10
• 第一章 太阳能热发电技术10-19
• 1.1 太阳能利用及其有待克服的困难10
• 1.2 太阳能热发电技术简介10-14
• 1.2.1 塔式集热吸收器聚焦式太阳能热发电站10-12
• 1.2.2 槽型抛物镜集热吸收器分散式太阳能热发电站12-13
• 1.2.3 蝶式抛物镜集热吸收器分散式太阳能热发电站13-14
• 1.3 太阳能热发电系统与太阳能光伏发电系统的比较14
• 1.4 三种太阳能热发电方式的比较14-15
• 1.5 塔式太阳能热发电技术的发展现状15-17
• 1.5.1 国际塔式太阳能热发电站发展情况16-17
• 1.5.2 国内塔式太阳能热发电站发展情况17
• 1.6 本文的研究内容17-19
• 第二章 热能吸收器及计算流体力学简介19-28
• 2.1 热能吸收器原理及分类19-24
• 2.1.1 间接式热能吸收器19-20
• 2.1.2 直接式热能吸收器20-23
• 2.1.3 热能吸收器的发展历程23-24
• 2.1.4 热能吸收器的设计要求24
• 2.2 计算流体力学CFD简介24-25
• 2.3 有限元分析法与FLUENT简介25-27
• 2.3.1 有限元分析模拟技术25-26
• 2.3.2 FLUENT软件简介26-27
• 2.4 本章总结27-28
• 第三章 承压式空腔热能吸收器的计算模型28-41
• 3.1 研究对象28-31
• 3.1.1 腔体结构28-29
• 3.1.2 材料物性29-31
• 3.2 基本假设31-32
• 3.3 基本控制方程32-35
• 3.3.1 湍流模型的选择33-34
• 3.3.2 辐射传热模型选择34-35
• 3.4 建立物理结构模型35-37
• 3.4.1 生成网格35-36
• 3.4.2 设置边界类型和区域属性36-37
• 3.5 建立FLUENT流动与换热求解模型37-40
• 3.5.1 求解器选择37
• 3.5.2 设置边界条件37-39
• 3.5.3 设置求解参数39-40
• 3.6 本章总结40-41
• 第四章 承压式空腔热能吸收器参数的优化讨论41-54
• 4.1 无多孔吸收体承压式空腔热能吸收器性能41-47
• 4.1.1 出口质量流量41-42
• 4.1.2 出口温度42-43
• 4.1.3 热能吸收率43-44
• 4.1.4 进气腔温差44-46
• 4.1.5 入口压力46-47
• 4.2 无多孔吸收体承压式空腔热能吸收器性能优化分析47-49
• 4.2.1 多目标量线性加权优化分析法47
• 4.2.2 最优化数值分析和结果47-49
• 4.3 多孔吸收体承压式空腔热能吸收器性能优化分析49-53
• 4.3.1 结构参数49-50
• 4.3.2 仿真实验结果与优化分析50-53
• 4.4 本章总结53-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 5.1 总结54
• 5.2 展望54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61
• 攻读学位期间发表论文情况61

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