复杂结构高温熔盐流动换热及热膨胀特性研究

发布时间：2020-05-06 09:41

【摘要】：熔盐通常指无机盐或其混合物的熔融态液体,常见的有氯化盐、硝酸盐、氟化盐等。熔盐具有工作温度范围广、热容量大、高温粘度小、蒸汽压低、热稳定性高等优点,且廉价易得,是一种优良的蓄热传热工质。因此采用熔盐作工质形成近常压高温熔盐换热系统,在高温加热和能源领域中具有巨大的应用潜力。本文以高温熔盐系统中常用的两种复杂结构——加热盘(常用于盘式换热器)和旋转接头(常用于桨叶换热器)为研究对象,对复杂结构中高温熔盐的流动、换热特性(如温度、压力、熵产率分布等),复杂结构的高温热变形和热应力,以及高温旋转接头的泄露特性进行了理论分析和数值模拟。并设计了一种带有循环水冷却系统的改进型旋转接头,并对其进行了实验测试。研究内容主要包括以下几个方面:第一,以高温熔盐盘式换热器的中空加热盘复杂结构为例,对其进行了数值模拟。探讨了进出口结构、周向翅片、导流板等结构对加热盘内熔盐的流动和换热特性的影响。提出了复杂结构的一般优化方法。对传统加热盘的结构进行了优化,优化后加热盘流动和换热性能提升明显。并采用动态仿真比较了优化后加热盘和原始加热盘的预热时间,优化后加热盘预热时间大幅缩减。对熔盐加热盘的高温热膨胀和热应力进行仿真,提出熔盐加热盘设计时需要注意的问题。第二,以另一复杂结构高温熔盐旋转接头为研究对象,探讨热膨胀对旋转接头泄露量的影响。首先用CFD方法对旋转接头内熔盐的温度场和流场进行仿真,根据温度场数据得到旋转接头泄露量数据。针对旋转接头的泄露问题,提出了循环水冷却方法,用数值模拟方法探究了循环水冷却对旋转接头泄露量的影响。结果表明循环水冷却可以有效减少旋转接头泄露量。第三,在上述工作基础上从两个方面对高温熔盐旋转接头进行改进和优化。一方面改进旋转接头填料材料和加工精度;另一方面引入已通过仿真验证的循环水冷却旋转接头方案。尝试在不使旋转接头结构过于复杂的情况下提高其高温性能。搭建了循环水冷却旋转接头测试试验台,对初步设计的循环水冷却旋转接头方案进行了性能测试。测试结果表明新型旋转接头具有良好的高温性能,在不开启循环冷却系统状态下也能在450℃高温下工作;开启冷却水循环后外环温度降低明显。
【图文】：

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的熔盐复杂结构逡逑温熔盐吸热器逡逑是太阳能光热发电系统的关键部件之一。吸热器是一种一侧接收太阳。熔盐吸热器工作时，通过太阳能聚光装置（塔式、槽式或碟式等）吸吸热器一侧表面，传递给另一侧流动的熔盐（循环工质）。吸热后的高温汽发生器产生蒸汽，供给热用户或驱动汽轮机发电；另一路进入蓄热，在吸热器不工作时（如夜间）使用。逡逑ｏｌａｒ邋Ｔｗｏ［１５］太阳能光热发电项目使用了熔融硝酸盐为工质的太阳能吸热柱形，熔盐进口温度为２８５邋°Ｃ，出口温度为５６５邋°Ｃ，理论热负荷４３邋进出口温差较大，吸热器占地面积较大。吸热器吸热侧面向环境，因时，存在熔盐遇冷凝固和换热表面结晶问题，需要在运行时进行合理等［１６］对太阳能熔盐吸热器进行了一系列实验，并发现以螺旋管做太阳塞尔数为直管的３倍，可以有效强化熔盐的集热过程。Ｑ邋Ｚｈａｎｇ等１１７］太阳能吸收器的动态特性，测试了输入能量和质量流率的变化对其工ＲｅｃｅｗｅｒＩ邋—邋ｓａｌｔ逡逑

熔盐,换热器,桨叶,双轴

硕士学位论文逦复杂结构高温熔盐流动换热及热膨胀特性研究逡逑（３）熔盐－单相流体换热器逡逑熔盐－单相流体换热器包括熔盐－液体换热器和熔盐－气（汽）体换热器，目前仍以管壳逡逑主。Ｓｏｌａｒ邋Ｔｗｏ系统［１５］蒸汽发生器前给水预热器为熔盐－液体换热器，蒸汽发生器前逡逑器为熔盐－气体换热器，预热器和过热器均采用Ｕ型管壳式结构。刘国敏等［１９］采用逡逑熔盐－导热油－水换热方式，通过导热油作为中间热媒，用于解决熔盐和水换热温差逡逑的问题。敖炳林［２（）］提到了一种高温熔盐Ｕ型管换热器，并提出了延长其使用寿命的逡逑。除了直管或Ｕ型管外，一些学者也研究采用螺旋管熔盐管壳式换热器［２１］。对于熔逡逑气体换热器，为了增加扩展表面，可采用翅片管式结构，这方面的研究工作还较少。逡逑（４）熔盐桨叶换热器逡逑刘心志等研制了一种新型的熔盐桨叶换热器［２２］，该换热器工作温区为３００？６００°Ｃ，逡逑常规流体－流体换热器不同，该换热器为流体－颗粒（或膏体）换热器，换热表面旋转，，逡逑具有推进颗粒或膏体流动的功能。热流体采用Ｈｉｔｅｃ熔盐，冷侧为被加热的物料。逡逑变猢减速屯机邋旋转接头轴承邋进料口逦排气口逦上１逦夹葚熔盐入口逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK12;O645.4

【参考文献】