高温熔盐热交换器实验台设计搭建及相关研究

发布时间：2017-10-11 17:06

  本文关键词：高温熔盐热交换器实验台设计搭建及相关研究

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【摘要】：面对自然环境日益恶化和能源需求的不断增长,开发和利用太阳能为解决以上两个问题提供了明确的方向和选择。当前,太阳能热发电技术被认为是最具应用前景的发电技术之一[1]。太阳能热电站常采用的传热工质包括蒸汽、导热油、液态金属、空气和熔融盐[2]。其中,熔融盐是太阳能热发电技术中一种非常有效的高温传热蓄热工质[3],在国外已得到应用,在国内则处于起步阶段。由于国内对熔融盐传热特性的研究较少,缺乏对熔盐传热特点及物性的了解,实验研究中存在一定的未知性[4]。本课题设计一套完整的用于研究熔盐横掠管外对流换热规律的实验方案并完成整个实验台的搭建。实验中采用由60%的硝酸钠和40%硝酸钾混合而成的太阳盐进行研究,它的热物性较为稳定,传热性能较好。通过实验研究,掌握了一般换热实验系统的设计方法。其次,通过旋转挂片法对两种常用不锈钢管材310S和321进行了动态冲蚀实验研究,根据冲蚀重量损失绘制冲蚀动力学曲线图。结果表明310S不锈钢和321不锈钢冲蚀行为曲线的变化趋势基本是一致的,在同样熔盐流速下,310S的抗冲蚀性能优于321不锈钢。然后对整个实验系统中的几个部分重要系统进行设计计算并安装调试,如加热系统、恒温系统、数据采集系统、转速控制系统等,对实验中所要用到的设备、仪器进行设计选型。最后研究了熔融盐中加热盘管电阻的特性以及优化设计提高加热盘管的功率。熔融盐的各种特性研究是进行熔盐换热器结构设计的应用基础研究。本项目为今后设计熔盐换热器和蓄热系统奠定基础。
【关键词】：熔融盐 冲蚀 优化设计 换热器 实验系统
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TK172
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 太阳能热电站11-14
• 1.2.1 太阳能发电技术11-12
• 1.2.2 传热工质的研究12-13
• 1.2.3 熔融盐蓄热材料13-14
• 1.3 国内外有关熔融盐的研究进展14-17
• 1.3.1 国外研究进展15-16
• 1.3.2 国内研究现状16-17
• 1.4 本文研究内容及目标17-19
• 1.4.1 研究内容17-18
• 1.4.2 研究目标18-19
• 1.5 本章小结19-21
• 2 熔融盐热交换器实验系统设计与安装21-37
• 2.1 实验简介21
• 2.2 实验系统设计注意事项21-22
• 2.3 熔盐换热系统设计22-27
• 2.3.1 实验原理22-23
• 2.3.2 熔盐换热系统回路设计23-25
• 2.3.3 熔盐换热器实验元件设计25-26
• 2.3.4 套管式冷却器26-27
• 2.4 熔盐热交换器热冲击实验系统设计27-29
• 2.4.1 热冲击实验系统设计27-28
• 2.4.2 热冲击实验元件设计28-29
• 2.5 熔盐热交换器冲蚀实验系统设计29-35
• 2.5.1 实验原理29
• 2.5.2 实验系统设计29-31
• 2.5.3 实验系统改进31-32
• 2.5.4 实验件制作32-34
• 2.5.5 扰流板设计34-35
• 2.6 本章小结35-37
• 3 实验中重要系统设计及设备选型37-55
• 3.1 电加热系统37-42
• 3.1.1 加热方式选择37-39
• 3.1.2 加热盘管设计计算39-41
• 3.1.3 存在问题41-42
• 3.2 氮气预热系统42-43
• 3.2.1 氮气的性质42
• 3.2.2 系统设计42-43
• 3.2.3 存在问题43
• 3.3 恒温系统43-44
• 3.3.1 温控系统设计44
• 3.4 数据采集系统44-46
• 3.4.1 数据采集介绍45
• 3.4.2 测量设备与仪器45-46
• 3.5 转速控制系统46-47
• 3.6 实验设备47-53
• 3.6.1 熔盐罐和冲蚀罐设计48-49
• 3.6.2 熔盐泵与电机选择49-51
• 3.6.3 预热器51-52
• 3.6.4 其他设备、仪表52-53
• 3.7 本章小结53-55
• 4 动态冲蚀实验结果与分析55-65
• 4.1 引言55
• 4.2 熔融盐冲蚀的影响因素55-57
• 4.3 冲蚀动力学分析方法介绍57-58
• 4.4 熔盐的制备58-59
• 4.4.1 常用熔盐介绍58
• 4.4.2 实验熔盐制备58-59
• 4.5 实验步骤59-60
• 4.6 实验结果分析60-63
• 4.6.1 存在问题60
• 4.6.2 实验结果分析60-63
• 4.7 本章小结63-65
• 5 熔盐加热盘管电阻特性研究65-79
• 5.1 研究背景及内容65-66
• 5.1.1 研究背景65-66
• 5.1.2 研究内容66
• 5.2 加热方式改进方案66-68
• 5.2.1 实验结果分析66-67
• 5.2.2 加热方式改进方案67-68
• 5.3 熔融盐对加热盘管电阻影响68-71
• 5.3.1 实验台搭建68-69
• 5.3.2 搅拌棒制作69-70
• 5.3.3 实验步骤70-71
• 5.4 实验结果与分析71-77
• 5.4.1 盘管干烧（空气）阻值变化71-72
• 5.4.2 熔融盐（液态）中盘管阻值变化72-73
• 5.4.3 存在问题与解决方法探究73-74
• 5.4.4 方法深入探究74-77
• 5.5 本章小结77-79
• 6 结论与展望79-83
• 6.1 主要结论79-80
• 6.2 工作展望80-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-88

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本文编号：1013704