太阳能中高温热利用直立式储热体传热性能研究

【摘要】：太阳能是一种资源丰富、洁净无污染的可再生能源,因此备受世界各国的关注。我国科技部十一五以来大力支持自主发展聚光类太阳能热发电技术,但与国外相比我国此项技术尚处于起步阶段。太阳能热发电虽然具有广阔的发展前景,但太阳辐射强度具有显著的不稳定性和间歇性,为弥补这一不足,使之从辅助能源最终变为一种使用方便可靠的清洁能源,储能问题的解决是关键的一环。国内外相变储能方式在太阳能热发电的研究,还处于实验室阶段。 铝硅合金与其它金属相变储热材料相比,它具有相变温度适中、潜热大、传热性能好、过冷度小,以及资源丰富和性价比较高的特点。对铝硅合金的研究目前主要集中在材料热物性、容器相容性等方面,对铝硅合金及其储热体在太阳能中高温热利用系统中储热、放热过程的研究则很少。 本文以探索铝硅合金储能材料在塔式太阳能热发电系统中的应用为目的,研究了直立圆柱型铝硅合金储热体的传热性能。通过数值模拟和实验研究的方法,研究储热体在充放热过程中的传热过程规律。建立了外圆周半边加热、周向加热和中心管提热的垂直布置的圆柱型储热体模型,采用FLUENT6.3软件,对铝硅合金的相变储热及放热过程进行数值模拟。模拟了三种尺寸的圆柱体,各自在两种热流密度100和200kW/m2下进行半边加热和中心管提热,和50和100kW/m2下进行周向加热,分析并总结铝硅合金固-液相变界面的移动及其温度变化规律。模拟结果表明,在储热过程中储热体全部熔化所需的最高温度不超过920K；放热过程中储热体全部凝固时所能提供的最低供热温度在500K以上。通过周向加热实验,得到铝硅合金在实际加热过程的温度变化规律,并与模拟结果进行对比。通过管内对流实验,得到中心管提热过程中提热介质的温度变化规律,得到换热准则式,并得到铝硅合金的温度变化规律。 【关键词】：塔式太阳能热发电 铝硅合金 储热 放热 传热性能
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK512
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• CONTENTS10-13
• 第一章 绪论13-32
• 1.1 背景和意义13-14
• 1.2 国内外发展现状及分析14-30
• 1.2.1 太阳能发电的发展现状14-15
• 1.2.2 聚光类太阳能发电系统15-17
• 1.2.3 已建成的塔式太阳能热发电站17-20
• 1.2.4 塔式太阳能热发电系统中吸热器系统发展现状20-24
• 1.2.5 蓄热材料24-26
• 1.2.6 相变传热过程分析26-30
• 1.3 课题来源及本文研究内容30-31
• 1.4 本章小结31-32
• 第二章 储热体储/放热过程数值研究32-62
• 2.1 柱体式吸热器介绍32-33
• 2.2 储/放热过程模拟分析过程33-36
• 2.2.1 储热体结构33
• 2.2.2 储热体模型简化33
• 2.2.3 储热过程数值模拟33-36
• 2.2.4 计算结果分析36
• 2.3 半边加热的储热过程数值模拟36-46
• 2.3.1 数值模拟36-37
• 2.3.2 数值模拟结果37-42
• 2.3.3 数值模拟结果分析42-46
• 2.4 周向加热的储热过程数值模拟46-52
• 2.4.1 数值模拟46
• 2.4.2 数值模拟结果46-49
• 2.4.3 数值模拟结果分析49-52
• 2.5 放热过程数值模拟52-60
• 2.5.1 中心管提热数值模拟52-53
• 2.5.2 数值模拟结果53-57
• 2.5.3 数值模拟结果分析57-60
• 2.6 本章小结60-62
• 第三章 储热体储热过程实验62-68
• 3.1 储热试验设计62-63
• 3.2 储热试验63-66
• 3.2.1 储热体63
• 3.2.2 试验台63-65
• 3.2.3 实验结果65-66
• 3.3 本章小结66-68
• 第四章 储热体放热过程实验68-80
• 4.1 放热试验设计68-69
• 4.2 放热试验台69-70
• 4.2.1 管式电阻炉69-70
• 4.2.2 介质发生装置70
• 4.3 中心管提热过程实验70-74
• 4.3.1 放热过程实验70-72
• 4.3.2 实验结果72-74
• 4.4 实验结构分析74-78
• 4.4.1 介质温度74-77
• 4.4.2 铝硅合金温度77-78
• 4.5 本章小结78-80
• 结论和展望80-82
• 一、全文总结80-81
• 二、工作展望81-82
• 参考文献82-88
• 硕士期间发表学术论文88-90
• 致谢90

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