非均匀温度边界下多孔介质太阳能吸热管内非达西强迫对流传热数值研究
发布时间：2021-11-01 23:52
针对太阳能集热器的多孔介质吸热管部件工作时,存在受热不均匀而引起剧烈的温度循环变化和交变热应力所导致吸热管出现疲劳破坏的问题,开展了三维数值模拟。动量方程采用Brinkman模型,能量方程采用非局部热平衡下的双方程模型。在入口温度非均匀而壁面恒温（工况1）和入口恒温而壁面温度非均匀（工况2）2种常见工况下,考察多孔介质太阳能吸热管内非达西强迫对流传热过程,并采用无量纲形式对问题进行简化。研究结果表明:无量纲速度参数对吸热管内对流传热过程影响显著,Bi增大,流体和固体骨架温差减小。通过改变入口和壁面受热条件以及合理的控制参数范围可以有效地降低多孔介质太阳能吸热管内的最大温差,从而改善吸热管的工作效率,延长使用寿命。
【文章来源】：轻工机械. 2018,36(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
多孔介质太阳能吸热管示意图Figure1Schematicdiagramofporoussolarreceiverpipe
图4速度无量纲参数对无量纲温度的影响Figure4Effectofdimensionlessparametersofvelocityondimensionlesstemperature图5流体有效导热系数与固体骨架有效导热系数之比κ对无量纲温度的影响Figure5EffectofratiooffluideffectivethermalconductivityandsolideffectivethermalconductivityκondimensionlesstemperatureBi数为传热学中重要的无量纲参数，表征固体内部单位导热面积上的导热热阻与单位面积上的换热热阻之比。图6给出了Bi数对2种工况下吸热管内无量纲温度的影响。从图中可知，2种工况下流体和固体骨架间的无量纲温差都随着Bi数的增大而减小，当Bi＞400时，流体和固体骨架无量纲温度已几乎看不出任何差距，这意味着当Bi数趋于无穷时，多孔介质太阳能吸热管内流体和固体骨架之间的热交换瞬间完成，非局部热平衡退化至局部热平衡模型。图6Bi数对无量纲温度的影响Figure6EffectofBiondimensionlesstemperature3结论在入口温度非均匀而壁面恒温以及入口恒温而壁面温度非均匀2种常见工况下，笔者对多孔介质太阳能吸热管内非达西强迫对流传热问题开展了数值模拟。针对本文研究，可得到以下主要结论:1)2种工况下多孔介质太阳能吸热管内无量纲温度随圆周角φ呈现余弦形式的周期变化，通过改变入口和壁面非均匀受热的条件可以改善吸热管内最大温差，降低吸热管所受的循环热应力的影响，从而达到延长太阳能集热器使用寿命的目的。2)流体速度场的无量纲参数不仅会改变多孔介质太阳能吸热管内流体的流动情况，同时对吸热管内的对流传热过程产生较大的影响。3)多数情况下，κ对于吸热管内温度场的影响可忽略不计，Bi数趋于?
图4速度无量纲参数对无量纲温度的影响Figure4Effectofdimensionlessparametersofvelocityondimensionlesstemperature图5流体有效导热系数与固体骨架有效导热系数之比κ对无量纲温度的影响Figure5EffectofratiooffluideffectivethermalconductivityandsolideffectivethermalconductivityκondimensionlesstemperatureBi数为传热学中重要的无量纲参数，表征固体内部单位导热面积上的导热热阻与单位面积上的换热热阻之比。图6给出了Bi数对2种工况下吸热管内无量纲温度的影响。从图中可知，2种工况下流体和固体骨架间的无量纲温差都随着Bi数的增大而减小，当Bi＞400时，流体和固体骨架无量纲温度已几乎看不出任何差距，这意味着当Bi数趋于无穷时，多孔介质太阳能吸热管内流体和固体骨架之间的热交换瞬间完成，非局部热平衡退化至局部热平衡模型。图6Bi数对无量纲温度的影响Figure6EffectofBiondimensionlesstemperature3结论在入口温度非均匀而壁面恒温以及入口恒温而壁面温度非均匀2种常见工况下，笔者对多孔介质太阳能吸热管内非达西强迫对流传热问题开展了数值模拟。针对本文研究，可得到以下主要结论:1)2种工况下多孔介质太阳能吸热管内无量纲温度随圆周角φ呈现余弦形式的周期变化，通过改变入口和壁面非均匀受热的条件可以改善吸热管内最大温差，降低吸热管所受的循环热应力的影响，从而达到延长太阳能集热器使用寿命的目的。2)流体速度场的无量纲参数不仅会改变多孔介质太阳能吸热管内流体的流动情况，同时对吸热管内的对流传热过程产生较大的影响。3)多数情况下，κ对于吸热管内温度场的影响可忽略不计，Bi数趋于?
【参考文献】：
期刊论文
[1]非均匀温度边界条件下圆环通道横截面内温度场的解析解[J]. 钟家伦,李培超,王克用. 上海工程技术大学学报. 2017(03)
[2]槽式太阳能真空吸热管真空夹层热损特性研究[J]. 朱天宇,金月,舒悦,蔡一凡. 工程热物理学报. 2015(12)
[3]非均匀热流密度下太阳能吸热管的温度特性[J]. 崔文智,李洪香. 电源技术. 2015(05)
[4]适用于太阳能制冷设备的管壳式冷凝器[J]. 徐志刚,徐国强. 轻工机械. 2013(06)
[5]正弦波温度边界下多孔介质方腔内非热平衡对流传热数值模拟[J]. 吴峰,王刚,马晓迅. 计算力学学报. 2013(03)
[6]周向非均匀热流边界条件下太阳能高温吸热管内湍流传热特性研究[J]. 常春,张强强,李鑫. 中国电机工程学报. 2012(17)
[7]塔式太阳能发电多孔介质吸热器动态模型[J]. 许昌,刘德有,郑源,吕剑虹. 中国电机工程学报. 2010(29)
[8]聚光太阳能吸热管的吸热传热特性[J]. 陆建峰,丁静,文玉良,杨建平. 太阳能学报. 2010(03)
[9]空气在多孔介质中对流换热的数值模拟[J]. 姜培学,李勐,司广树. 工程热物理学报. 2001(05)
本文编号：3470929
【文章来源】：轻工机械. 2018,36(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
多孔介质太阳能吸热管示意图Figure1Schematicdiagramofporoussolarreceiverpipe
图4速度无量纲参数对无量纲温度的影响Figure4Effectofdimensionlessparametersofvelocityondimensionlesstemperature图5流体有效导热系数与固体骨架有效导热系数之比κ对无量纲温度的影响Figure5EffectofratiooffluideffectivethermalconductivityandsolideffectivethermalconductivityκondimensionlesstemperatureBi数为传热学中重要的无量纲参数，表征固体内部单位导热面积上的导热热阻与单位面积上的换热热阻之比。图6给出了Bi数对2种工况下吸热管内无量纲温度的影响。从图中可知，2种工况下流体和固体骨架间的无量纲温差都随着Bi数的增大而减小，当Bi＞400时，流体和固体骨架无量纲温度已几乎看不出任何差距，这意味着当Bi数趋于无穷时，多孔介质太阳能吸热管内流体和固体骨架之间的热交换瞬间完成，非局部热平衡退化至局部热平衡模型。图6Bi数对无量纲温度的影响Figure6EffectofBiondimensionlesstemperature3结论在入口温度非均匀而壁面恒温以及入口恒温而壁面温度非均匀2种常见工况下，笔者对多孔介质太阳能吸热管内非达西强迫对流传热问题开展了数值模拟。针对本文研究，可得到以下主要结论:1)2种工况下多孔介质太阳能吸热管内无量纲温度随圆周角φ呈现余弦形式的周期变化，通过改变入口和壁面非均匀受热的条件可以改善吸热管内最大温差，降低吸热管所受的循环热应力的影响，从而达到延长太阳能集热器使用寿命的目的。2)流体速度场的无量纲参数不仅会改变多孔介质太阳能吸热管内流体的流动情况，同时对吸热管内的对流传热过程产生较大的影响。3)多数情况下，κ对于吸热管内温度场的影响可忽略不计，Bi数趋于?
图4速度无量纲参数对无量纲温度的影响Figure4Effectofdimensionlessparametersofvelocityondimensionlesstemperature图5流体有效导热系数与固体骨架有效导热系数之比κ对无量纲温度的影响Figure5EffectofratiooffluideffectivethermalconductivityandsolideffectivethermalconductivityκondimensionlesstemperatureBi数为传热学中重要的无量纲参数，表征固体内部单位导热面积上的导热热阻与单位面积上的换热热阻之比。图6给出了Bi数对2种工况下吸热管内无量纲温度的影响。从图中可知，2种工况下流体和固体骨架间的无量纲温差都随着Bi数的增大而减小，当Bi＞400时，流体和固体骨架无量纲温度已几乎看不出任何差距，这意味着当Bi数趋于无穷时，多孔介质太阳能吸热管内流体和固体骨架之间的热交换瞬间完成，非局部热平衡退化至局部热平衡模型。图6Bi数对无量纲温度的影响Figure6EffectofBiondimensionlesstemperature3结论在入口温度非均匀而壁面恒温以及入口恒温而壁面温度非均匀2种常见工况下，笔者对多孔介质太阳能吸热管内非达西强迫对流传热问题开展了数值模拟。针对本文研究，可得到以下主要结论:1)2种工况下多孔介质太阳能吸热管内无量纲温度随圆周角φ呈现余弦形式的周期变化，通过改变入口和壁面非均匀受热的条件可以改善吸热管内最大温差，降低吸热管所受的循环热应力的影响，从而达到延长太阳能集热器使用寿命的目的。2)流体速度场的无量纲参数不仅会改变多孔介质太阳能吸热管内流体的流动情况，同时对吸热管内的对流传热过程产生较大的影响。3)多数情况下，κ对于吸热管内温度场的影响可忽略不计，Bi数趋于?
【参考文献】：
期刊论文
[1]非均匀温度边界条件下圆环通道横截面内温度场的解析解[J]. 钟家伦,李培超,王克用. 上海工程技术大学学报. 2017(03)
[2]槽式太阳能真空吸热管真空夹层热损特性研究[J]. 朱天宇,金月,舒悦,蔡一凡. 工程热物理学报. 2015(12)
[3]非均匀热流密度下太阳能吸热管的温度特性[J]. 崔文智,李洪香. 电源技术. 2015(05)
[4]适用于太阳能制冷设备的管壳式冷凝器[J]. 徐志刚,徐国强. 轻工机械. 2013(06)
[5]正弦波温度边界下多孔介质方腔内非热平衡对流传热数值模拟[J]. 吴峰,王刚,马晓迅. 计算力学学报. 2013(03)
[6]周向非均匀热流边界条件下太阳能高温吸热管内湍流传热特性研究[J]. 常春,张强强,李鑫. 中国电机工程学报. 2012(17)
[7]塔式太阳能发电多孔介质吸热器动态模型[J]. 许昌,刘德有,郑源,吕剑虹. 中国电机工程学报. 2010(29)
[8]聚光太阳能吸热管的吸热传热特性[J]. 陆建峰,丁静,文玉良,杨建平. 太阳能学报. 2010(03)
[9]空气在多孔介质中对流换热的数值模拟[J]. 姜培学,李勐,司广树. 工程热物理学报. 2001(05)
本文编号：3470929
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