太阳能中温新型集热管的传热特性研究
发布时间：2020-07-27 23:21
【摘要】：随着我国的能源危机的日益严重,利用太阳能中高温热利用技术来提供工业中所需要的中高温热能是必然趋势。本文分析了直通式真空集热管的传热过程,建立了集热管的一维稳态传热数学模型,将模拟值与实验值进行了对比,分析了存在差异的主要原因。同时,为了提高直通式真空集热管的集热效率、降低金属吸热管的周向温度梯度、延长真空集热管的使用寿命,提出了两种强化换热手段,设计了相应的两种新型真空集热管,并在自主搭建的槽式太阳能集热系统实验装置上,对传统真空集热管以及两种新型真空集热管的热性能进行实验研究。实验研究主要分析了不同工况下真空集热管的集热效率和金属吸热管周向温度梯度的变化趋势,并以此为基础对比分析了两种强化换热手段的换热效果。为满足实际的工业应用,本文设计了一种槽式太阳能中高温蒸汽发生系统,同时以Sunlab、SargentLundy两种算法下的太阳能热发电成本为依据,提出了蒸汽能源平均成本(SLEC)的基本概念和计算公式,并分析了年辐射量和系统使用寿命对蒸汽能源平均成本的影响。在已验证数学模型准确的基础上,模拟实验工况,发现模拟值与实验值存在一定的差异,这种差异产生的主要原因为:首先数值模拟是假设吸热管外壁面受热均匀,并在某一理想工况下进行的,而实际实验中吸热管的外壁面受热并非均匀,并且实验条件受外部环境的变动而变动;同时实验台在制作和搭建过程中存在一定的系统误差,使得实际实验值小于模拟值;最后本文真空集热管制作方法也可能是实验与模拟值相差较大的原因之一。各个实验工况下,加有高通量换热涂层和绕花丝的真空集热管的集热效率明显高于传统真空集热管,略高于只加有高通量换热涂层的真空集热管。在液相区,与传统真空集热管相比,加有高通量换热涂层和绕花丝的真空集热管的集热效率提高了约26.2%,周向温度梯度最大降低了约6.4℃;而相比之下,只加有高通量换热涂层的真空集热管的集热效率提高了约18%,周向温度梯度最大降低了约3.6℃。在气液两相区,与传统真空集热管相比,加有高通量换热涂层和绕花丝的真空集热管的集热效率提高了约34%,周向温度梯度最大降低了约9.8℃;与传统真空集热管相比,只加有高通量换热涂层的真空集热管的集热效率提高了约22.7%,周向温度梯度最大降低了约4.8℃。在气相区,与传统真空集热管相比,加有高通量换热涂层和绕花丝的真空集热管的集热效率提高了约22%,周向温度梯度最大降低了约22.5℃;与传统真空集热管相比,只加有高通量换热涂层的真空集热管的集热效率提高了约21.65%,周向温度梯度最大降低了约 8.3℃。在1000MW的供热规模下,槽式太阳能中高温蒸汽发生系统的投资成本有望降低至631.30$/kW,节煤量最大可以达到36.4kg/s。随着年辐射时间的增大,SLEC明显降低。随着系统的使用寿命的增大,SLEC随之快速降低。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK513.1
【图文】：
获取较高温度的热能加热集热管内的传热工质直至产生饱和水或蒸汽，主要利用的逡逑是太阳直射辐射能，因此拥有较为丰富的太阳直射辐射是系统地址选择的关键性条件。逡逑我国地域辽阔，丰富的太阳能资源是我国大力发展太阳能产业的重要资源保证。图１－１逡逑为中国太阳能直射辐射能资源分布图［５］。逡逑ｘｔ逦？？＊逦＜ｂｐ！逦？？－ｒ逦ｕｐｓ逡逑一气逦：逦一１邋．二：ａｌ逡逑ＩＩ逡逑：＿焉．‘一逡逑逦邋邋邋ｔｔｃ．邋邋邋邋—邋邋ａｒｔ．逦ａｒ＾—邋邋邋邋■－．．ａｘ——＿．．．……—…—邋—％邋邋邋邋ｙｉ－Ｓｇ．逡逑图１－１中国的太阳能直射辐射资源分布逡逑从图中可以看出，我国的太阳能直射辐射资源丰富但是分布极不均匀，地域差异较逡逑大。总体来说，我国西北部的直射资源较为丰富。西藏、新疆、内蒙古、甘肃和青海等逡逑地的直射辐射资源丰富是选择建设直接蒸汽式发生系统的首选地区。逡逑１．１．３工农业中局温热利用需求现状逡逑在我国，中高温蒸汽广泛应用于工农业生产中，具体应用情况见表１－１。工业上所逡逑需的中高温能耗占到总能耗的８０％，而民用低温能耗只占到２０％。目前这部分能量主要逡逑是由工业锅炉消耗化石燃料所提供。目前，我国工业锅炉保有量约为５０万台，总容量逡逑超过２ｘ］0６ｔ／ｈ，尚有４０万余台总容量小于ｌｔ／ｈ的小型锅炉供应不到总容量５％的蒸汽和逡逑热水［６］。２０１３年中国Ｃ０２、Ｓ０２、ＮＯｘ和烟尘排放量均居世界第一，其中燃煤锅炉排出逡逑的Ｃ０２、Ｓ０２、ＮＯｘ和烟尘分别占各总排放量的５０％、３８％、４３％和１７％ｍ。太阳能中逡逑高温热利用不仅可以提供工业所需的热能
平面上的太阳能总辐射能。计算地表任意点、任意时刻的太阳辐射能需要确定一些基本逡逑参数，包括太阳赤纬角、时角、方位角、大气质量和大气透明度等。这些基本参数的示逡逑意图见下图２－１：逡逑、ｙ＇邋＼逦水平面的法线方Qg逡逑＂Ｘ．ｍ邋／Ｃ逦P拘泵娴姆ㄏ叻较蝈危垮义希慑澹
本文编号：2772527
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK513.1
【图文】：
获取较高温度的热能加热集热管内的传热工质直至产生饱和水或蒸汽，主要利用的逡逑是太阳直射辐射能，因此拥有较为丰富的太阳直射辐射是系统地址选择的关键性条件。逡逑我国地域辽阔，丰富的太阳能资源是我国大力发展太阳能产业的重要资源保证。图１－１逡逑为中国太阳能直射辐射能资源分布图［５］。逡逑ｘｔ逦？？＊逦＜ｂｐ！逦？？－ｒ逦ｕｐｓ逡逑一气逦：逦一１邋．二：ａｌ逡逑ＩＩ逡逑：＿焉．‘一逡逑逦邋邋邋ｔｔｃ．邋邋邋邋—邋邋ａｒｔ．逦ａｒ＾—邋邋邋邋■－．．ａｘ——＿．．．……—…—邋—％邋邋邋邋ｙｉ－Ｓｇ．逡逑图１－１中国的太阳能直射辐射资源分布逡逑从图中可以看出，我国的太阳能直射辐射资源丰富但是分布极不均匀，地域差异较逡逑大。总体来说，我国西北部的直射资源较为丰富。西藏、新疆、内蒙古、甘肃和青海等逡逑地的直射辐射资源丰富是选择建设直接蒸汽式发生系统的首选地区。逡逑１．１．３工农业中局温热利用需求现状逡逑在我国，中高温蒸汽广泛应用于工农业生产中，具体应用情况见表１－１。工业上所逡逑需的中高温能耗占到总能耗的８０％，而民用低温能耗只占到２０％。目前这部分能量主要逡逑是由工业锅炉消耗化石燃料所提供。目前，我国工业锅炉保有量约为５０万台，总容量逡逑超过２ｘ］0６ｔ／ｈ，尚有４０万余台总容量小于ｌｔ／ｈ的小型锅炉供应不到总容量５％的蒸汽和逡逑热水［６］。２０１３年中国Ｃ０２、Ｓ０２、ＮＯｘ和烟尘排放量均居世界第一，其中燃煤锅炉排出逡逑的Ｃ０２、Ｓ０２、ＮＯｘ和烟尘分别占各总排放量的５０％、３８％、４３％和１７％ｍ。太阳能中逡逑高温热利用不仅可以提供工业所需的热能
平面上的太阳能总辐射能。计算地表任意点、任意时刻的太阳辐射能需要确定一些基本逡逑参数，包括太阳赤纬角、时角、方位角、大气质量和大气透明度等。这些基本参数的示逡逑意图见下图２－１：逡逑、ｙ＇邋＼逦水平面的法线方Qg逡逑＂Ｘ．ｍ邋／Ｃ逦P拘泵娴姆ㄏ叻较蝈危垮义希慑澹
本文编号：2772527
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