熔盐强迫对流及混合对流传热研究

发布时间：2017-05-23 15:02

  本文关键词：熔盐强迫对流及混合对流传热研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：紧迫的能源形势推动了太阳能热发电技术的迅猛发展，而高温传热蓄热技术作为太阳能热发电的关键环节，其性能的优劣直接制约着系统效率的提升及光热技术的应用前景。熔融盐以其宽泛的使用温度、蒸汽压低、良好的稳定性、经济性较好等优点，成为当前太阳能热发电站传热蓄热工质的首选。在光热发电核心部件如熔盐吸热器、熔盐换热器中存在强迫对流传热过程，此外在吸热器及槽式聚光集热器中还存在非均匀加热的混合对流传热现象。因此深入研究熔盐强迫对流及混合对流传热规律有助于加深对吸热器和换热器传热机理的理解，进一步提升核心部件性能，为熔盐吸热器和换热器设计提供理论依据和计算方法。 虽然，美国在上世纪五十年代到七十年代曾进行过熔盐受迫对流传热实验研究，但未得到熔盐通用关联式，也未曾与众多经典关联式进行比对。此外，关于水平通道内熔盐混合对流传热的研究还未在公开文献中见过相关报道。 本课题在国家“973”项目支持下，首先利用数值模拟方法研究了熔盐在水平方管内单面加热时的混合对流传热过程。仔细分析了底面、侧面及顶面加热时熔盐的流动与传热特性以及三种壁面加热条件下局部Nux数与无量纲距离的变化规律；总结了Nu数与Ri数、Re数间的变化关系，并对模拟数据的平均Nu数与湍流混合对流经典关联式进行了对比。结果表明：非均匀加热条件下产生的较大温差导致的熔盐密度差在重力作用下会产生浮升力效应，这种浮升力效应引发的二次涡流使得传热过程得到强化；三种加热情况下局部Nux数在充分发展段随流动距离的增加而增加，且增长趋势各有不同；模拟数据的平均Nu数与关联式的偏差绝大部分在±20%以内，且Nu侧面Nu底面Nu顶面。 其次，在原有熔盐强迫对流传热实验的基础上对混合对流传热实验进行了改造。试图通过采用康铜膜及定制加热器作为加热元件来进行实验，虽未获得成功，但仍对失败原因进行了仔细分析，并积累了一些经验且有助于后期定制试验方案时避免此类问题的出现。 最后，总结了本实验室得到的有关LiNO3与混合硝酸盐Hitec在光滑管内的传热实验数据。在本实验室得到的两种熔盐传热数据与国外公开文献中的实验数据的基础上，拟合得到了通用实验关联式；再将实验数据与经典对流传热关联式以及其他研究者公开发表文献中的实验数据进行比对，，充分验证经典传热关联式对高温熔融盐的适用性，其中Hausen与Sider-Tate公式与本实验室的熔盐传热实验数据关联度较高。对三组结构横纹管内混合硝酸盐Hitec的强迫对流传热实验数据进行分析，拟合得到了各节距下的实验关联式及包含横纹管结构参数的对流传热通用关联式。
【关键词】：混合熔盐 混合对流 传热关联式 方管
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 物理量名称及符号表9-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 研究背景12-18
• 1.1.1 能源利用现状12-13
• 1.1.2 太阳能热发电技术13-15
• 1.1.3 传热蓄热技术是太阳能热发电的关键技术15-18
• 1.2 对流传热研究18-23
• 1.2.1 水平管混合对流研究现状20-22
• 1.2.2 熔盐强迫对流研究现状22-23
• 1.3 本课题的研究内容和目标23-26
• 第2章 水平方管内熔盐混合对流传热的数值模拟研究26-44
• 2.1 方管内流动与传热模型26-29
• 2.1.1 几何模型26-27
• 2.1.2 控制方程27-28
• 2.1.3 边界条件28
• 2.1.4 网格无关性28-29
• 2.2 混合硝酸盐物性参数29-30
• 2.3 数值模拟结果分析30-42
• 2.3.1 流动与传热特性30-36
• 2.3.2 局部 Nux数与 y/d 的变化趋势36-39
• 2.3.3 Nu 数与 Ri 数、Re 数间的关系39-40
• 2.3.4 数值模拟数据处于混合对流区的判定40
• 2.3.5 模拟数据与经典关联式的对比40-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第3章 水平方管内熔盐混合对流传热实验44-58
• 3.1 实验原理44
• 3.2 实验台介绍44-50
• 3.2.1 熔盐循环环路44-48
• 3.2.2 导热油循环环路48-49
• 3.2.3 套管式换热器49
• 3.2.4 方管测试段49-50
• 3.2.5 测量系统50
• 3.3 实验数据处理过程及误差分析50-53
• 3.3.1 实验数据处理过程50-51
• 3.3.2 误差分析51-53
• 3.4 混合对流的初步试验53-56
• 3.4.1 初步试验53-54
• 3.4.2 试验改进54-56
• 3.5 本章小结56-58
• 第4章 高温熔盐强迫对流传热关联式的拟合58-74
• 4.1 光滑管内熔盐强迫对流传热58-67
• 4.1.1 熔盐强迫对流传热实验概况简述58-60
• 4.1.2 光滑管过渡流和充分发展紊流实验关联式拟合60-61
• 4.1.3 实验数据、文献数据点与经典关联式的比对61-67
• 4.2 横纹管熔盐强迫对流传热67-71
• 4.2.1 横纹管内熔盐强迫对流传热实验概括简述67-68
• 4.2.2 横纹管传热关联式拟合68-71
• 4.3 本章小结71-74
• 结论与展望74-76
• 参考文献76-82
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文82-84
• 致谢84

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