新一代太阳能热发电高温集热场光热力耦合设计方法研究

发布时间：2021-09-03 03:31

　　以800℃太阳能吸热器和超临界二氧化碳发电机组为特征的新一代太阳能热发电技术因成本低的优势得到了欧盟、美国、澳大利亚和中国等的立项支持.高温太阳能集热场是太阳能热发电核心技术之一,对高温吸热器的安全性和效率极为重要.本文提出了以安全性和效率为目标,以吸热器许用能流密度为牵引,基于"光学-热学-力学"在电站设计点耦合分析的800℃高温集热场设计方法. 

【文章来源】：中国科学:技术科学. 2020,50(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：13 页

【部分图文】：

(网络版彩图)太阳能热发电技术发展分代[1,2]

图5所示为定日镜跟踪误差对吸热面平均能流密度和聚光效率的影响.由图可见,随定日镜误差加大,定日镜场聚光效率下降.吸热面上平均能流密度要达到600 k W/m2的能流密度时,要求定日镜俯仰和方位方向的误差均不大于1.5 mrad.对于一个确定的定日镜场,吸热器平均能流密度还与吸热器直径有关.图6说明了高度为22 m、吸收比为0.94的吸热器在直径从12 m增加到22 m时聚光效率和表面能流密度的变化情况.此外,图7为直径15 m吸热器的能流密度分布.2.2 吸热器尺寸的设计

在传热学中已经有数十个针对周向均匀受热圆管内湍流换热进行计算的关联式,比较典型的是DittusBoelter公式:该公式在全球第一个熔融盐吸热器CNRS-MSEE中使用,后又在美国的Solar Two吸热器设计中被使用,一直到目前的吸热器设计均在使用.按照刘斌等人[19]的实验验证,该方程计算熔融盐管内换热时与实验值的最大偏差可达25%.他们的研究还表明,Sieder-Tate,Petukhov和Hausan提出的关系是适合均匀热流边界条件下的熔融盐充分发展湍流管内对流换热过程,而对于太阳能吸热器这种半周受热下的圆管,其公式和实验有一定偏差.Wan等人[5]研究指出,由于吸热器吸热管周向半边受热,在半周平均能流密度350 k W/m2的条件下,吸热管横截面上的温度差就可达130°C.图8是周向非均匀受热圆管在截面上温度场和速度场的典型分布.可见,半周向非均匀热边界条件导致管壁处及流体内部都存在着较大的温度梯度,流体温度过高会发生过热,换热管温度过高也会有烧蚀、蠕变等现象发生.同时,换热管的前后壁温差也可能导致换热管发生弯曲.

【参考文献】：
期刊论文
[1]圆管内熔融盐强迫对流换热的实验研究[J]. 刘斌,吴玉庭,马重芳,赵耀华.  工程热物理学报. 2010(10)

硕士论文
[1]以水作为传热流体的容积式吸热器传热特性研究[D]. 陈龙飞.兰州理工大学 2019



本文编号：3380314