超临界二氧化碳在宽温区内的换热试验与太阳能直接辐射吸热器的模拟研究

发布时间：2021-02-25 00:11

　　超临界二氧化碳具有优异的物理性质,如密度大、黏度低等;超临界二氧化碳布雷顿循环热效率高、设备体积小、系统简单,应用于太阳能热发电系统中时,优势明显。超临界二氧化碳布雷顿循环中的换热器和吸热器是太阳能热发电系统的关键部件,涉及的温度范围较宽（30～700 ℃）、压力范围较大（7～20 MPa）。为了掌握相关设计的关键数据,急需开展超临界二氧化碳在较宽温区内的换热特性,并探讨聚光辐射条件下超临界二氧化碳吸热器的运行规律。搭建了超临界二氧化碳换热试验装置,试验的温度范围30～500 ℃、压力范围7～15 MPa,超临界二氧化碳流量范围10～90kg/h。论文研究了超临界二氧化碳在水平直圆管内宽温区内的传热特性,分析了流量、压力、温度、热流密度等因素对其传热特性的影响。当超临界二氧化碳的温度处于准临界温度附近时,传热系数在准临界温度处达到峰值。压力越高,传热系数的变化越平缓,且传热系数的峰值越小。热流密度越大时,传热系数随温度的变化越平缓,传热系数的峰值越小,且传热系数达到峰值时对应的温度随着增加。当超临界二氧化碳的温度处于高温区域时,流量是影响传热的主要因素。压力和热流密度对传热的影响较小,... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【部分图文】：

图１．３不同工质的涡轮机尺寸对比［７］??

?５．４１．１０—５?２．６８．?ＫＴ４??图１．３所示的是以蒸汽、氦气和超临界二氧化碳为工质的涡轮机尺寸和功率的对比，??由图可见，超临界二氧化碳涡轮机的尺寸最小，输出功率最大，级数最少。这是由于超临??界二氧化碳的密度较大，可以使得涡轮机尺寸变小，且压比较小，级数变少［７］。??５ｍ???蒸汽轮机：５５级／２５０ＭＷ??氦气轮机：１７级／３３３?ＭＷ??Ｓ＾ＣＣｈ气轮机：４级／４５０ＭＷ???压缩机与＾＆机尺寸相当???图１．３不同工质的涡轮机尺寸对比［７］??图丨．４所示的是二氧化碳的压缩因子在临界点附近随温度和压力的变化。可以得知，??压缩因子在临界或准临界温度附近存在较大的突升，当温度低于准临界温度时，压缩因子??小于０．２３；当超临界二氧化碳处于高温和高压状态时，压缩因子将接近丨。事实上，压缩??因子对于透平输出功或压缩机耗功有直接的影响，式（１．２）为单位质量流量情况下涡轮机输??出功或耗功的计算公式［８］。在动力循环系统中，透平的工作温度和压力为高温高压状态。??而在高温高压状态下

主要设计参数为［１４］：堆芯出口温度为６５０?°Ｃ，反应堆热功率为６００ＭＷ，系统??效率为４５．８％。Ｌｅｅ等［１５１设计了适用于模块化先进反应堆的超临界二氧化碳再压缩循环，??如图１．６所示。透平入口温度为３００?°Ｃ，压力为２２?ＭＰａ，热效率为３０％，输出的电功率为??９０?ＭＷ。????：??Ｉ?１??Ｐｒｅｃ＇ｏｏｌｅ＇ｒ！??ｒ?＾?ｖ?Ｎ１１??Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ?Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ?；??丨‘屬―、二’??图１．６超临界二氧化碳再压缩核反应堆冷却循环??在太阳能热发电系统中，超临界二氧化碳可采用直接式吸热或间接式吸热，如图１．７??所示。直接式吸热中，超临界二氧化碳进入吸热器中吸收太阳辐射的热量；间接式吸热中，??６??

【参考文献】：
期刊论文
[1]超临界压力下CO2在螺旋管内的混合对流换热[J]. 王淑香,张伟,牛志愿,徐进良.  化工学报. 2013(11)
[2]超临界二氧化碳在核反应堆系统中的应用[J]. 黄彦平,王俊峰.  核动力工程. 2012(03)

博士论文
[1]太阳能空气高温集热与陶瓷蓄热的数值模拟和试验研究[D]. 王诚.浙江大学 2015
[2]太阳能旋转式高温颗粒集热特性的试验研究与数值模拟[D]. 郭凯凯.浙江大学 2015
[3]CO2在螺旋管内流动与传热特性实验研究[D]. 王淑香.华北电力大学 2014

硕士论文
[1]太阳能腔式盘管空气接收器的试验研究和数值模拟[D]. 严亮.浙江大学 2015
[2]碟式太阳能热发电系统中腔式吸热器光热性能的数值研究及优化[D]. 毛青松.华南理工大学 2012



本文编号：3050141