太阳能腔式吸热器热性能和热应力分析

发布时间：2020-06-05 04:27

【摘要】：太阳能吸热器是一种将太阳能转化为热能的装置,其热转换效率会直接影响到整个太阳能系统的效率和经济性。由于太阳能的间歇性和空间分布的不均匀性,会导致吸热器壁面产生很大的温度梯度和热应力,严重时甚至会使吸热器产生变形或破裂,影响整个太阳能系统的安全性。本文以高效安全的太阳能光热利用为背景,采用Fluent和Ansys软件,结合UDF接口技术,对腔式吸热器进行了传热性能和应力分析的数值模拟。 本文具体研究内容包括: 针对三种结构的吸热器模型(梯型(TX)、梯形挡板型(TD)、球型(QX)),研究了吸热器腔体与环境的对流和辐射热损失随模型倾斜角度的变化关系,获得了三种模型理想状态下的静态散热性能,与文献结果比较验证了本文采用模型的可靠性。 针对含光学窗口的太阳能吸热器,建立了二维非稳态传热分析模型,考虑了一天中太阳照射强度随时间变化的迁移性和焦平面处能流分布的不均匀性,研究了吸热器的动态热性能,获得了吸热器传热性能随时间和热源分布形式的变化规律。 研究了螺旋管盘绕而成的腔式吸热器的热应力分布特性,分析了在给定壁面热流、吸热管内部有恒定流量的工质的情况下,获得了吸热器的温度场和应力场的分布特性。 通过本文的研究,为腔式吸热器的结构优化设计、吸热器的动态热响应分析、吸热器热应力的减弱方法提供了数值基础和参考依据。
【图文】：

热推进进可分为太阳能电推进（SEP）和太阳能热推进（STP）两大将太阳能转化成电能，再通过电源处理系统将电能供应给各种力的推进技术；STP 是利用聚集的太阳能直接加热工质产生推推进技术相比较，，不需要电能转换、管理分配系统，从而使系；与核火箭发动机相比，STP 使用丰富廉洁的太阳能，不产生冲，范围宽阔适中的推力，对同样的星际探索任务，与化学能效载荷质量比提高 1.36～3.4 倍，有显著的质量节省。因此，S一个重要方向。一种新型的航天动力发动机。结构上，STP 主要由太阳能聚光贮存与供应系统构成。图 1-2 是采用 STP 作为动力装置的某卫太阳能聚光器改变传播方向，将能量聚集于吸收器/推力室的内自身温度升高。当工质气体通过环绕于吸收器/推力室内壁外面图 1-2 采用太阳能热推进系统的卫星模型

阳能制氢用太阳能制氢的传统方法主要有光伏法、光电化学法、光热法。这几种几十年的应用，工程上已经有了一定的基础，这里不作赘述。这里主太阳能制氢方法——光-热-电化学法复合制氢理论。-热-电化学法复合制氢理论是 Licht 等人于 2002 年首先提出来的，即用的光直接加热水，降低分解水所需电压，从而提高制氢效率。这个理光谱的采集及分离。通过光谱分离，低带隙的光强用于供热，高带隙导体而产生光伏效应或光电化学效应。研究发现光-热-电化学法复合利用全部波长的太阳光，有望将太阳能制氢效率提高到 50%。 1-3 是太阳能复合制氢流程示意图。这个体系主要包含：a.采光及聚光高带隙（电）光谱解析；c.低带隙的光用来加热水至一定温度及压力，效应或光电化学电荷转移；d.驱替水分解的电压的匹配。与传统的区域图 1-3 太阳能复合制氢流程示意图
【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】：2010
【分类号】：TK513

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本文编号：2697508