太阳能碟式/碱金属热电转换系统中热管式吸热器对流热损失特性研究

发布时间：2021-12-16 08:23

　　由于能源和环境问题，以及对电力的需求不断增加，以清洁、可再生能源为资源的太阳能热发电技术已成为最有前途和最具挑战的技术之一。太阳能碟式热发电系统作为三大太阳能热发电系统（槽式、塔式和碟式）之一，具有高效率，模块化，自主运行，适用于多种能源形式（无论是太阳能或化石燃料，或两者混合）的优点。一方面，传统的以碟式/斯特林发电机等形式来实现热电转换的太阳能碟式热发电系统正受到挑战；另一方面，太阳能碟式热发电系统中的吸热器是太阳能向热能转换的关键部件，通常存在各种形式的热损失。其中，对流热损失是吸热器能量损失的重要组成部分，但由于机理复杂，计算难度大，是研究太阳能碟式热发电系统中吸热器热性能的重点和难点，也是当前太阳能领域的热点前沿课题。 本文在大量文献调研和比较性研究的基础上，首先提出一种新的太阳能碟式热力循环系统—太阳能碟式/碱金属热电转换系统和一种能够实现等温光热转换的太阳能热管式吸热器。在此之后，以热管式吸热器为对象，采用三维数值模拟方法研究了热管式吸热器在有/无环境风条件下，其内部和采光口附近空气的流动和传热特征；在变物性条件下探讨了相关参数，如采光口的位置和大小、腔体的深径比、倾角、...

【文章来源】： 重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：160 页

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 太阳能热发电系统
    1.2 太阳能碟式热发电系统的吸热器类型
        1.2.1 直接照射式吸热器
        1.2.2 热管式吸热器
        1.2.3 容积型吸热器
    1.3 腔式吸热器的对流热损失
        1.3.1 对流热损失机理
        1.3.2 自然对流热损失研究现状（无风环境下）
        1.3.3 自然-强制混合对流热损失研究现状 (有风环境下)
    1.4 小结
2 太阳能腔式吸热器自然对流热损失模型的比较研究和本文研究内容
    2.1 自然对流热损失预测模型的比较研究
        2.1.1 Model 吸热器的自然对流热损失
        2.1.2 McDonald 吸热器的自然对流热损失
    2.2 本文研究内容
    2.3 小结
3 太阳能碟式/碱金属热电转换系统和热管式吸热器
    3.1 太阳能碟式/碱金属热电转换系统
        3.1.1 碱金属热电转换器(AMTEC)简介
        3.1.2 太阳能碟式/碱金属热电转换系统
    3.2 热管式吸热器
    3.3 小结
4 无风环境下热管式吸热器自然对流热损失的数值模拟
    4.1 物理和数学模型及数值方法
        4.1.1 物理模型及相关假设
        4.1.2 数学模型
        4.1.3 数值方法
    4.2 空气热物性随温度变化的影响
        4.2.1 网格无关性和有效性验证
        4.2.2 结果分析与讨论
        4.2.3 自然对流 Nusselt 数关系式①
        4.2.4 小结
    4.3 采光口位置和大小的影响
        4.3.1 网格无关性和有效性验证
        4.3.2 结果分析与讨论
        4.3.3 自然对流 Nusselt 数关系式②
        4.3.4 小结
    4.4 深径比的影响
        4.4.1 网格无关性和有效性验证
        4.4.2 结果分析与讨论
        4.4.3 修正开口率 AR′
        4.4.4 自然对流 Nusselt 数关系式③④⑤⑥
        4.4.5 模型比较
        4.4.6 小结
5 有风环境下热管式吸热器自然-强制混合对流热损失的数值模拟
    5.1 物理和数学模型
    5.2 数值方法及其有效性验证
    5.3 结果分析与讨论
        5.3.1 环境风影响的可视化结果
        5.3.2 自然-强制混合对流热损失的定量结果
    5.4 混合对流 Nusselt 数关系式
    5.5 小结
6 太阳能碟式/碱金属热电转换系统的性能评价
    6.1 理论分析和计算模型
        6.1.1 太阳能碟式集热子系统的热效率ηc
        6.1.2 AMTEC 子系统的热电转换效率ηAMTEC
    6.2 计算模型的有效性验证
    6.3 结果分析与讨论
        6.3.1 无风环境下
        6.3.2 有风环境下
    6.4 小结
7 圆柱形腔式吸热器热损失特性的实验研究
    7.1 实验装置
    7.2 实验原理（热损失的计算）
        7.2.1 辐射热损失 Qra的计算
        7.2.2 导热损失 Qcd的计算
        7.2.3 自然对流热损失 Qcv的计算
        7.2.4 自然对流热损失 Nusselt 数 Nuc与辐射热损失 Nusselt 数 Nur的计算
    7.3 实验步骤
    7.4 实验结果与分析
    7.5 实验误差分析与计算
        7.5.1 实验误差分析
        7.5.2 实验误差计算
    7.6 小结
8 结论与展望
    8.1 主要结论
    8.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
    A. 攻读博士学位期间发表的学术论文
    B. 攻读博士学位期间申请的专利
    C. 攻读博士学位期间参加的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]Two-Dimensional Transient Thermal Analysis of a Phase-Change-Material Canister of a Heat-Pipe Receiver under Gravity [J]. Xiaohong GUI1,Wei QU1,Bin LIN2 and Xiugan YUAN3 1.Institute of Engineering Thermophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China 2.University of Notre Dame,Notre Dame,IN 46556,USA 3.Institute of Man-Machine-Environment Engineering,Beihang University,Beijing 100191,China.  Journal of Thermal Science. 2010(02)
[2]Fundamental study of novel mid-and low-temperature solar thermochemical energy conversion [J]. JIN HongGuang,HONG Hui,SUI Jun & LIU QiBin Institute of Thermophysics Engineering,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China.  Science in China(Series E:Technological Sciences). 2009(05)



本文编号：3537816