高温太阳能吸收器的优化设计

【摘要】：吸收器是太阳能热发电系统中的核心部件,负责光热转换,其性能好坏对于系统温度的提升,效率的提高都有着重要的作用。通过对目前比较常用几种太阳能吸收器如直管式吸收器、螺旋管式吸收器、空腔式吸收器进行比较,发现直管式吸收器和螺旋管式吸收器结构简单,系统能够达到的温度在900K左右,热效率为52%;而空腔式吸收器工质的出口温度可达到1500K左右,热效率为80%,具有较好的吸热性能。 考虑到空腔式吸收器中针状放射形吸收体加工和安装问题,本文首先提出了一种新型的吸收体结构-绕花丝多孔体结构,它利用多孔介质的弥散效应,迫使流过绕花丝多孔体的流体作复杂的三维运动,使流体分子团在径向充分混掺,从而使径向温度分布均匀平坦化,使腔体内换热得到显著的增强。研究结果表明,和针状放射形吸收体相比,绕花丝多孔体结构可以达到良好的强化换热的效果,系统效率为81.8%。多孔率对流体的出口温度、壁面温度和热效率均有很大影响,计算结果表明0.75的多孔率可以较好满足要求。其次,针对高温吸收器的热防护问题,研究了安装吸收涂层、真空腔和保温层进行减小热损失的效果。结果表明,对于真空腔内壁面而言,选取具有耐高温能力的的金属箔涂层材料可以有效提高吸收效率;而选取国内外普遍认可的具有较高热力学性能的的有机硅涂层材料可以有效降低外壁面温度。此外,真空腔的添加对降低壁面温度效果明显,系统的效率能提高1%。最后,对吸收器的几何尺寸进行优化设计,研究了腔体入口直径、长径比、腔体直径、倾斜角度的大小对腔体内部温度场、速度场、压力和光照强度等分布的影响。 【关键词】：太阳能 吸收器 热力学计算 强化换热 数值模拟
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 太阳能发电概述15-17
• 1.3 吸收器17-18
• 1.4 国内外吸收器研究现状18-22
• 1.4.1 国内研究18-20
• 1.4.2 国外研究20-22
• 1.5 本文的主要研究内容22-23
• 第二章 管式吸收器模拟23-33
• 2.1 引言23-24
• 2.2 聚光镜模拟24-27
• 2.3 吸收器模拟27-30
• 2.3.1 数学方程27-28
• 2.3.2 辐射模型的选择28-29
• 2.3.3 太阳加载模型的选择29-30
• 2.3.4 边界条件30
• 2.4 模拟结果及比较30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 不同参数对直管式吸收器的影响33-38
• 3.1 进出口位置的影响33-35
• 3.1.1 进口位置不变，出口位置改变33-34
• 3.1.2 进出口位置均改变34-35
• 3.2 能流强度的影响35-36
• 3.3 本章小结36-38
• 第四章 空腔式吸收器模拟38-49
• 4.1 引言38-39
• 4.2 模型改进39-40
• 4.3 吸收器热力学计算40-42
• 4.3.1 进入腔体内部能量40
• 4.3.2 腔体壁面温度计算40-41
• 4.3.3 气体出口温度计算41-42
• 4.3.4 效率计算42
• 4.4 数值模拟研究42-48
• 4.4.1 多孔介质模型的选择42-43
• 4.4.2 边界条件43
• 4.4.3 网格划分43-44
• 4.4.4 模拟结果及比较44-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 几何参数对改进后空腔式吸收器热性能的影响49-65
• 5.1 多孔率的影响49-50
• 5.2 热控涂层的影响50-51
• 5.3 真空腔和保温层的影响51-52
• 5.4 入口直径的影响52-53
• 5.5 腔体直径的影响53
• 5.6 无量纲参数比53-61
• 5.6.1 相同长径比53-55
• 5.6.2 不同长径比55-57
• 5.6.3 不同入口直径57-59
• 5.6.4 不同倾斜角度59-61
• 5.7 吸收器张角对光照强度的影响61-62
• 5.8 吸收器半径对光照强度的影响62-63
• 5.9 本章小结63-65
• 第六章 总结与展望65-66
• 6.1 总结65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文71

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