太阳能吸热管中超临界二氧化碳的传热机理研究

发布时间：2024-04-13 00:31

　　近年来,随着化石能源的大量使用,一方面,化石能源的不可再生性造成了大众对能源枯竭的担忧;一方面,温室气体的排放对环境的破坏加剧。太阳能成为了未来能源的清洁可再生替代品,对太阳能发电技术的研究慢慢愈来愈获得各个国家的重视,作为太阳能发电最重要的技术,选用一种高效的能源载体来实现对太阳能的转化可以极大提高发电技术,超临界CO₂以其极佳的换热能力和较高的布雷顿循环效率获得了研究者的关注。本文基于此背景对超临界CO₂在太阳能吸热器吸热管中的传热机理进行模拟研究。通过NIST物性数据库与Fluent接口指令,设置超临界CO₂的物性,设计单管物理模型和管排式吸热器物理模型,进行网格无关性验证。由雷诺数确定出单管对流换热处湍流态,选用标准k-ε、RNG k-ε、SST k-ε以及3种Low-Re k-ε等湍流模型模拟,与文献的实验数据对比,获得适用课题工况的湍流模型。通过单管模拟对入口效应的影响进行分析,分析浮升力效应和流动加速效应产生原因,引入浮升力因子Bo数和理查森Ri数判断浮升力对对流换热的影响程度大小,引入无量纲K_v...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究的背景和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题研究的背景和意义
    1.2 CSP系统传热流体应用现状
    1.3 超临界CO₂传热流体研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 超临界CO₂对流传热数值模型
    2.1 引言
    2.2 数值模型介绍
        2.2.1 单管物理模型
        2.2.2 多管物理模型
        2.2.3 湍流模型
        2.2.4 数据处理方法
    2.3 网格无关性验证
        2.3.1 单管模型设置
        2.3.2 单管网格无关性验证
        2.3.3 管排式吸热器模型设置
        2.3.4 管排式吸热器网格无关性验证
    2.4 模型验证
    2.5 本章小结
第3章 超临界CO₂单管传热流动分析
    3.1 引言
    3.2 超临界CO₂物性参数
    3.3 超临界CO₂单管模拟云图分析
    3.4 入口效应对传热影响
    3.5 浮升力判据及其影响分析
    3.6 流动加速因子对换热影响
    3.7 本章小结
第4章 超临界CO₂对流换热影响因素分析
    4.1 引言
    4.2 吸热管对流换热影响因素
        4.2.1 入口温度对传热影响
        4.2.2 系统压力对换热影响
        4.2.3 入口流量对换热影响
        4.2.4 热流密度对换热影响
        4.2.5 不同管径对换热影响
    4.3 传热关联式介绍
    4.4 传热关联式拟合
    4.5 本章小结
第5章 管排式吸热器数值模拟
    5.1 引言
    5.2 管排式吸热器模型设置
    5.3 半壁面均匀热流下入口流量对吸热器性能影响
        5.3.1 不同入口流量下吸热器流动特性
        5.3.2 不同入口流量下吸热器传热特性
    5.4 非均匀热流对吸热器性能影响
        5.4.1 不均匀热流密度近似方法
        5.4.2 吸热器热平衡计算
        5.4.3 非均匀热流密度下吸热器的对流换热分析
    5.5 入口方式对吸热器性能影响
        5.5.1 模型设置说明
        5.5.2 侧边入口式吸热器的流动特性
        5.5.3 侧边入口式吸热器的传热特性
    5.6 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3952204