基于发射法的熔盐光谱辐射特性测量及耦合传热研究

发布时间：2020-07-15 01:43

【摘要】：熔融盐作为一种优良的传热蓄热介质,有很多优势并且应用的领域广泛,包括太阳能热发电、生物质热解和核反应堆等。熔盐的工作温度一般都是高温领域,在高温领域的熔盐的物性参数是很重要的。在导热系数方面,不同的高端技术测量的结果差较大,并不考虑辐射的影响。在熔盐的管内流动换热方面,也只是考虑了对流换热的作用而忽略了辐射换热在整个换热过程中的影响。但是由于熔盐的工作温度是高温状态,所以辐射作用应该是很重要的。本文利用高温液态熔盐的辐射物性测量试验台,设计了测量液态熔盐自身等效发射率的实验方案。利用发射法对熔盐的发射率进行测量,采用角系数法和双基底法去除了炉膛内部和坩埚底部对测量结果的影响,得到了熔盐等效反射率的计算方程组。推导了吸收系数的计算公式。在熔盐的工作温度范围内,对液态Hitec盐、Solar salt盐三元碳酸盐进行了发射信号的测量,整体的温度范围是150℃-750℃,测量的间隔是50℃。计算得到了三种熔盐的自身等效发射率,并利用三种盐的自身等效发射率计算了三种盐的吸收系数。分析在液态熔盐的Na~+或K~+使三种盐的等效发射率在7μm处有个凹陷波形特征,NO_2~-使三元碳酸盐的等效发射率在7.5-9μm有个凹陷波形特征。以测量石英坩埚垫石墨纸为例对实验台进行了不确定度的分析其中包括响应函数、背景函数等因素的不确定度。利用Ansys workbench平台,模拟分析了Hitec盐在方管圆管横纹管的对流辐射换热,并与对流换热模拟结果对比。湍流状态下在方管中,随着雷诺数的增大辐射占比增强,最高可达26.3%。将模拟结果与经典实验关联式,结果吻合较好。设置的管外换热系数越大,辐射换热的占比越小。三种管的湍流流动对流辐射换热对比,横纹管的换热效果提高了1.47倍。层流状态下,辐射换热占换热比随着速度的增大而减小,模拟最高可达9.13%。研究了横纹管的结构参数对换热性能的影响,得到结果在一定范围内是槽深越深、槽宽越窄、节距越小,换热效果越好。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK124
【图文】：

三元碳酸盐,固体状态,液态,坩埚

章的熔盐在管内的流动换热模拟。.1 实验样品及试验台本章实验内容采用的实验样品有三种：Hitec 盐，Solar salt 和三元碳酸itec 固体状态时是乳白色粉末状如图 2-1，Solar salt 在固体状态时是白色粉如图 2-2，三元碳酸盐固体状态是非常细粉末状，是三种盐中颗粒最小的液态情况下，Hitec 是黄绿色透明液体如图 2-3，Solar salt 是无色透明液体 2-4 所示，由于在外部用小加热炉加热时没能把表面一层完全融化，所以定在全液态的条件下三元碳酸盐的颜色。为了保证盐的厚度，先将熔盐放埚内，用电阻丝加热炉加热到全液态，关闭加热炉，待其冷却，测量厚度厚度保持在 3.4mm。由于铂金坩埚是金属，所以在坩埚底下垫了陶瓷纤维止坩埚导电，纸上黑色部分为胶燃烧残留不影响实验。在实验的过程中可以观察到，在 160℃左右的时候 Hitec 在坩埚内变成全，在 230℃左右 Solar salt 被加热成全液态。在 500℃左右三元碳酸盐彻底全液态。

三元碳酸盐,固体状态,液态,坩埚

光谱图,黑体炉,平移导轨,发射信号

图 2-3 液态的 Hitec 图 2-4 液态的 Solar salt实验台的结构如图 2-5 所示，主要由黑体炉、坩埚、加热炉、反射镜仪、平移导轨、光学平台、支架和电脑共九部分组成。平移导轨使黑体热炉在一条固定的直线平移，在分辨测量黑体炉和加热炉内部发射的信证他们的光路是一样的。在测量黑体炉的发射信号时，黑体炉反射出的过反射镜反射一次，进入傅立叶光谱仪的干涉仪，后产生相干光，相干过内部的聚焦反射镜和光阑最后被检测器接收，检测的信号录入电脑内件中形成光谱图和数据。测量熔盐发射信号同理。

【参考文献】