碟式太阳能热发电吸热器的数值模拟研究

发布时间：2020-07-19 17:58

【摘要】：太阳能吸热器是碟式太阳能热发电系统的核心部件之一，进一步提高太阳能吸热器的效率、可靠性和降低太阳能吸热器的成本是目前太阳能吸热器研究的重点。但是研究表明，吸热器的热损失和热不均匀性制约着吸热器效率与可靠性的有效提高。因此研究如何有效的减少吸热器的热损失和热不均匀性，具有重要的意义。本文数值模拟研究了一种用于碟式斯特林太阳能热发电系统的新型吸热器的性能。本文主要研究内容如下：基于计算流体力学理论建立的计算模型，运用Fluent软件对适用于碟式斯特林太阳能热发电系统5种弯度的改进半球形腔式吸热器的热性能进行了数值模拟对比分析。通过模型验证得出，采用定壁温考虑吸热器整体的热性能、应用S2S模型考虑辐射和用瞬态计算方法考虑密度项是可行的。在采光孔朝下时，随着弯度的增大，吸热器对流和辐射热损失、辐射和总努塞尔数均增大，而对流努塞尔数却减小，辐射热损失占总热损失的大部分。综合结果表明，改进半球形腔式吸热器的最佳弯度范围为0.4～0.5。为了进一步减小改进半球形腔式吸热器的辐射热损失、对流热损失，选取弯度为0.5的改进半球形腔式吸热器在其采光孔处安装石英窗口。基于计算流体力学理论建立的计算模型，运用Fluent软件对适用于碟式斯特林太阳能热发电系统的石英窗口改进半球形腔式吸热器的热性能进行了数值模拟并与弯度为0.5的普通窗口改进半球形腔式吸热器对比。通过模型验证得出，采用定壁温考虑吸热器整体的热性能、应用DO模型考虑辐射和用瞬态计算方法考虑密度项是可行的。得出了石英窗口改进半球形腔式吸热器的对流热损失、辐射热损失均明显小于普通窗口改进半球形腔式吸热器，对流努塞尔数、辐射努塞尔数的变化与之相同。通过本文的研究，为提高吸热器及碟式斯特林系统的性能提供了数值基础和参考依据。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK513;TM615
【图文】：

原理图,太阳能热发电系统,原理图,太阳能热发电

随着化石能源的日益枯竭，人们把注意力集中到了节能、高效益用能上，新能研究进入了高潮，人们越来越重视对新能源的开发与利用。作为清洁、可再生能源之一的太阳能尤其受到了人们格外青睐。我国西部地区大部分属于我国太阳能二类地区，太阳能资源丰富，全年日照时 3000～3200 小时，辐射量在 586～670×104kJ/cm2·y，相当于 200～225kg 标燃烧所发出的热量，适合用于太阳能热发电[1]。发展太阳能热发电对于调节能构，减轻环境污染，减少温室气体的排放，促进可持续发展有着重要的意义。太阳能热发电是太阳能热发电中技术最成熟、最具开发条件和最具商业化发展的发电方式之一。碟式太阳能热发电系统是利用碟式聚光器聚焦太阳光的特性,把低位的太阳能到吸热器中成为高位热能，吸热器将热能转换到斯特林发动机中成为机械能,林机带动发电机产生电能，达到太阳能转换成电能的目的（如图 1-1）。它具有性强、占地面积小、双轴跟踪等优点，是太阳能热发电中光电转换效率最高的方式[2],尤其是可以将它立体安装于城郊对电力需求量非常大的城市直接供给。

吸热器,热管

图 1-2 热管吸热器Fig.1-2 The heat pipe receiver种热管吸热器可以运行达 20000h，与直接照射式吸热率提高约 20%[11]。ika[12,13]等人进行了抛物面材料和设计的革新，设计汽系统。聚光器由银质聚合物组成，它像一个并不完方面，常规的腔式吸热器存在接收不足的现象，所以吸热器接收聚焦光线的情况。最后对碟式太阳能蒸汽成本及尺寸作出了初步的估计。该系统的转化效率约9000 美元。式与改进腔式三种吸热器由 Reddy[14~16]等人分别建立射热损失研究（吸热器的倾角为 0。-90。）。三种吸热损失逐渐减小在倾角 90。时对流热损失最小而辐射热着面积比（开口面积与内表面积的比值）的增加对流

吸热器,热管

径向高温热管吸热器的外筒外壁。向高温热管吸热器的外壳材料是 Inconel625 ，厚度为 0.了 26 个 0.003m 深的凹槽用以嵌入斯特林机换热管。圆柱的开口端装有耐高温的陶瓷泡沫作为采光孔，孔径为 0.1管吸热器的末端则设置一个漫反射陶瓷锥体；该结构可使圆器仅损失约 1%的进光。圆柱形径向高温热管吸热器内的吸液0 的丝网。该吸热器在 9kWe 碟式斯特林系统中进行了测试电转换效率为 18% ，日平均效率则为 15.4% 。氦气的工管内工质（钠蒸气）的温度达到了 820℃ 。器的管芯被 Na 的氧化物阻塞使吸热器局部过热造成了吸热情况。

【参考文献】