塔式太阳能集热管中液态钠的流动传热特性数值计算

发布时间：2022-10-19 15:43

　　太阳能热发电技术是一种相对清洁的发电方式,天气、季节和黑夜白昼等因素对集热器内工质的传热及集热器的热效率产生影响,特别地,对太阳辐射到集热器的辐射强度产生影响,集热器所接收到的热流密度在集热管的轴向及周向分布不均匀,导致传热介质的温度分布在管内极不均匀。液态金属Na有宽阔的温度区间及优秀的传热性能,作为传热介质可提高集热系统的热效率,适合应用在塔式光热系统中。本文以太阳能热利用中的塔式太阳能外露圆筒式集热器为研究对象,采用CFD及MATLAB软件,对集热管的流动传热特性进行了数值模拟计算。主要研究内容包括:（1）首先,对外露圆管式集热管的流动、传热问题的物理本质进行了分析,认为其本质就是管内的流动换热问题和管壁的热传导问题的耦合,给出了问题的数学模型及物理模型,对数值模拟过程中采用的κ-ε湍流模型,近壁面的标准壁面函数法作出了理论分析。（2）其次,对均匀热流密度条件下集热管及管内液态钠和熔盐的温度分布进行了分析;对比了在不同流速下介质的出口温度;模拟了液态Na与熔盐的入口速度为2 m/s,入口温度为600 K,热流密度（0.1-0.7 MW/m~2）时集热管的出口温度分布;比较了液态N... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 太阳能光热发电
    1.3 塔式太阳能光热发电
    1.4 太阳能集热器传热特性的研究现状
        1.4.1 集热管传热特性研究现状
        1.4.2 集热管内的传热介质
    1.5 课题的研究内容
    1.6 课题的研究意义
第二章 太阳能集热管的数值计算模型
    2.1 物理模型
    2.2 数学模型
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 边界条件
        2.2.3 湍流模型
        2.2.4 近壁面处理
    2.3 集热管表面热流密度
    2.4 网格与求解
    2.5 网格质量检测
    2.6 本章小结
第三章 均匀热流下集热管内不同介质传热特性分析
    3.1 传热介质热物性对比
        3.1.1 热物性公式
        3.1.2 对流换热关系式
        3.1.3 热物性对比
        3.1.4 换热性能对比
        3.1.5 储热性能对比
    3.2 均匀热流密度下液态钠与熔盐传热性能比较
        3.2.1 计算模型验证
        3.2.2 集热管温度分布
        3.2.3 集热管出口温度分布
        3.2.4 集热管内部的速度分布
    3.3 本章小结
第四章 非均匀热流下集热管内液态钠传热特性分析
    4.1 计算程序验证
    4.2 液态钠在管内的温度分布和速度分布特性
        4.2.1 集热单管在纵剖方向上的温度分布
        4.2.2 集热单管在轴向横切方向上的温度分布
        4.2.3 集热单管横剖方向上的流场分布
        4.2.4 集热器的温度分布
    4.3 传热介质液态Na的传热特性
        4.3.1 入口温度对传热介质液态Na的传热特性影响
        4.3.2 入口流速对传热介质液态Na的传热特性影响
        4.3.3 热流密度对传热介质液态Na的传热特性影响
        4.3.4 液态Na与熔盐传热性能的对比
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 研究展望
参考文献
致谢
附录：攻读硕士期间取得的科研成果



本文编号：3693644