槽式太阳能集热管内相变微胶囊悬浮液的热力性能分析

发布时间：2022-10-23 19:13

　　随着可再生能源的兴起,太阳光热利用逐渐成为热门话题。太阳光属于可再生能源,能够为人类的生产和生活提供源源不断的能量,同时具有无污染、成本低、可再生等优势。目前在多种热利用方式中,应用最为广泛的为抛物型槽式太阳能集热器,具有成本低、耗能小、技术成熟等优点。但是,集热管底部受到抛物面反射镜反射的非均匀汇聚光线,管壁面温度分布不均匀,存在温度梯度和热应力过大等因素,容易导致集热管产生形变使玻璃套管发生破裂。目前,槽式太阳能集热器在传热与热发电两个领域研究较广。相变微胶囊是一种具有储放热特性的微小颗粒,能够有效地降低流体的沿程温度,提高流体的换热效率。为了强化流体换热、降低管壁热应力及提高吸热管安全系数,本文采用相变微胶囊悬浮液作为工质流体,研究悬浮液在集热管内的热力性能。针对传统使用水基和油基的太阳能集热器换热效果低和管壁热应力大,本文以相变微胶囊悬浮液为工作流体,对常规和新型抛物型槽式太阳能集热器进行了三维建模。采用蒙特卡罗射线追踪法结合有限容积法和有限元法的方法求解了太阳能集热管的光-热-力耦合问题。其中采用蒙特卡罗射线追踪法模拟太阳能系统并分析其光学性能,利用欧拉-欧拉多相流模型数值研... 

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 相变储能强化传热技术概述
    1.3 悬浮液流动换热的研究现状
        1.3.1 国内研究现状
        1.3.2 国外研究现状
    1.4 相变微胶囊悬浮液在太阳能应用中的研究
    1.5 太阳能集热器应力研究现状
    1.6 本文研究内容
第二章 相变微胶囊及其悬浮液的物理性质
    2.1 相变微胶囊颗粒的组成
    2.2 相变颗粒及其悬浮液的物性参数
        2.2.1 相变颗粒及其悬浮液的密度
        2.2.2 相变颗粒及其悬浮液的有效导热系数
        2.2.3 相变颗粒及其悬浮液的比热容
        2.2.4 相变微胶囊悬浮液的粘度
        2.2.5 相变颗粒在湍流流动中的相关参数
        2.2.6 两相之间的相互作用系数
    2.3 悬浮液的热物性参数
    2.4 修正对流换热系数
    2.5 本章小结
第三章 常规槽式太阳能集热管内相变微胶囊悬浮液的热力性能分析
    3.1 物理模型及计算方法
        3.1.1 物理模型
        3.1.2 计算模型假设
        3.1.3 控制方程及边界条件
        3.1.4 网格无关性验证
        3.1.5 模型验证
    3.2 集热管温度分布
        3.2.1 吸热管外壁面热流密度分布
        3.2.2 吸热管壁面温度分布
    3.3 管内相变悬浮液的换热特性
        3.3.1 浓度对悬浮液中相变颗粒温度分布的影响
        3.3.2 雷诺数对悬浮液中相变颗粒温度分布的影响
        3.3.3 集热管的流动换热特性
    3.4 集热管热应力分析
        3.4.1 热应力分析方法
        3.4.2 热弹性力学方程
        3.4.3 模型验证
        3.4.4 吸热管等效应力分析
        3.4.5 轴向、径向、切向应力分析
        3.4.6 吸热管安全系数分析
    3.5 本章小结
第四章 新型槽式太阳能集热管内相变微胶囊悬浮液的热力性能分析
    4.1 物理模型及计算方法
        4.1.1 物理模型
        4.1.2 网格无关性验证
    4.2 集热管温度分布
        4.2.1 吸热管外壁面热流密度分布
        4.2.2 吸热管壁面温度分布
    4.3 管内相变悬浮液换热特性分析
        4.3.1 浓度对悬浮液中相变颗粒温度分布的影响
        4.3.2 雷诺数对悬浮液中相变颗粒温度分布的影响
        4.3.3 集热管的流动换热特性分析
    4.4 集热管热应力分析
        4.4.1 吸热管等效应力分析
        4.4.2 轴向、径向、切向应力分析
        4.4.3 吸热管安全系数分析
    4.5 本章小结
第五章 结论
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士期间主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]槽式太阳能供热光伏系统集热器集热性能的实验研究[J]. 郝梦琳,杨宾,高丽媛,刘杰梅.  可再生能源. 2019(04)
[2]中国能源工业七十年回顾与展望[J]. 朱彤.  China Economist. 2019(01)
[3]槽式太阳能热电厂中采用双罐熔盐储能技术的可行性分析[J]. 张洪岩,江才俊,张太勇.  技术与市场. 2017(08)
[4]等热流圆管内相变微胶囊悬浮液层流换热实验研究[J]. 仇中柱,罗鹏,秦承芳,章琪,周宇飞,吕珊.  热科学与技术. 2017(02)
[5]储能技术研究景观辨识及演化探析[J]. 刘娜,孙静林,毛荐其.  科学学与科学技术管理. 2017(04)
[6]聚光型太阳能热发电系统非均匀辐射能流特性及解决方法的研究进展[J]. 何雅玲,王坤,杜保存,邱羽,郑章靖,梁奇.  科学通报. 2016(30)
[7]微矩形针肋式槽道内相变微胶囊悬浮液换热特性研究[J]. 刘东,何蔚然,胡安杰.  建筑技术开发. 2016(10)
[8]相变微胶囊悬浮液传热性能的研究进展[J]. 李晓燕,李凯娣,曲冬琦.  功能材料. 2016(04)
[9]十二醇-癸酸-纳米粒子复合相变材料传热性能[J]. 黄艳,章学来.  化工学报. 2016(06)
[10]微圆管内相变微胶囊悬浮液换热特性研究[J]. 钟小龙,刘东,胥海伦.  激光与光电子学进展. 2015(11)



本文编号：3696967