太阳能真空集热管的强化传热技术研究

发布时间：2023-05-18 05:46

　　槽式太阳能集热器是目前应用最为广泛的太阳能中高温热利用设备，在工业和日常生活中都拥有广阔的应用前景，但槽式太阳能集热器存在着传热系数较低、设备占地面积大和真空集热管内易结垢等问题。本文利用内插物强化传热技术改进真空集热管，选取扭带、组合转子和绕花丝三种代表性的内插物对真空集热管进行强化传热。扭带和组合转子通过使管内产生非衰减的旋流和扰流，达到提高换热性能的目的，并且有一定的防垢和除垢作用。绕花丝通过弥散效应，提高流体混合程度，进而增大边界层区域的温度梯度达到强化传热的目的。 本文通过数值模拟和实验相结合的方法对三种内插物对真空集热管的强化传热效果进行了研究。主要的内容有： (1)采用FLUENT软件对内置扭带和转子的真空集热管进行了数值模拟，利用DNS法对加入扭带和组合转子后太阳能真空集热管的速度场、压力场和温度场进行了数值计算，得到了内管出口处的速度分布、压力分布和温度分布。将结果与普通真空集热管的分布情况进行了对比，发现加入内插物后强化传热效果十分明显，同时也引起了管内阻力系数的增大，其中内插组合转子的强化传热效果要大大优于内插扭带。 (2)搭建了实验台对绕花丝和组合转子装置在实际...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号说明
1 绪论
    1.1 太阳能利用背景介绍
    1.2 国内外研究动态
        1.2.1 槽式太阳能集热器的发展
        1.2.2 槽式太阳能集热器结构及工作过程
        1.2.3 强化传热技术的发展
    1.3 强化传热的数值模拟
        1.3.1 数值模拟研究方法
        1.3.2 CFD 软件及应用
    1.4 强化传热评价标准
    1.5 研究的目的及意义
    1.6 研究目标与内容
        1.6.1 研究目标
        1.6.2 研究内容
2 相关理论基础
    2.1 强化传热的理论研究
    2.2 数值模拟的基本理论和方法
    2.3 控制方程
        2.3.1 能量守恒方程
        2.3.2 动量守恒方程
        2.3.3 质量守恒方程
    2.4 湍流模型在数值模拟当中的应用
        2.4.1 湍流模型的种类
        2.4.2 湍流数值模拟方法
    2.5 对流强化传热机理分析
    2.6 内插物的种类及其性能
        2.6.1 扭带
        2.6.2 组合转子
        2.6.3 绕花丝内插物
    2.7 管内插入物对比
3 太阳能真空集热管内插物强化传热数值模拟研究
    3.1 数值计算
    3.2 SIMPLE 算法
        3.2.1 SIMPLE 算法的应用
        3.2.2 SIMPLE 算法的假设和具体步骤
    3.3 网格划分
    3.4 物理模型的建立及求解
        3.4.1 物理模型的建立
        3.4.2 划分网格
        3.4.3 边界条件设置
        3.4.4 计算结果
    3.5 数据计算
    3.6 结果分析
4 太阳能真空集热管内插物强化传热实验研究
    4.1 实验系统
        4.1.1 内插物强化传热实验装置
        4.1.2 实验过程
    4.2 实验结果
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 创新点
    5.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的科研成果



本文编号：3818796