塔式太阳能吸热器热性能的研究

【摘要】：能源极大地决定着人类生存状况及社会发展程度。化石能源的短缺和日益严重的环境问题迫切地要求全人类积极探寻清洁可再生能源。太阳能拥有诸多优点,如：来源途径广、干净不产生污染、可就地利用、用完可循环再生等。塔式太阳能热发电技术作为太阳能利用的一个重要研究方向,具有发电容量大、发电成本相对低、系统结构简单等优点,因此具有广阔的商业前景。 本文首先对塔式太阳能吸热器系统进行了管内流动及传热特性的理论分析,并基于此设计搭建了小型的塔式太阳能热发电吸热器系统实验台,对腔式吸热器的温度场及工质在管内的温度分布进行了测量。并建立了相应的数学模型,用于计算腔式吸热器的各项热损失及正反向热效率,研究了入射辐照强度、入口流量、环境风速、加盖玻璃盖板、吸热器形式等因素对腔式吸热器热性能的影响规律。 同时,本文建立了对应的数值模拟模型,通过UDF自定义将热流密度在吸热面内的分布关联式编译为模拟计算模型的热流密度边界条件,研究非均匀热流密度条件下,吸热器的温度场及热效率分布规律,并得出了太阳能入射辐照强度、工质入口流量、工质入口温度、环境风速等因素对吸热器热性能的影响规律。 最后,本文通过对比分析实验及数值模拟的结果,互相验证两者结果的可靠性。综合实验及模拟研究可知：聚光型热流密度在吸热面内整体呈高斯分布；太阳能入射辐照强度的减弱、工质入口流量的增加及入口水温的降低会引起吸热器热效率的增大；加盖玻璃盖板能有效减小环境风速对吸热器热性能的影响,但要综合考虑玻璃盖板的透光性、经济性、安全性及便于安装性。并提出了日后科研内容的重心和目标。 【关键词】：塔式太阳能热发电 吸热器 热流密度 热效率 数值模拟
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK513
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 符号清单7-8
• 目录8-10
• 1 绪论10-28
• 1.1 世界及我国的能源状况10-11
• 1.2 聚光型太阳能热发电技术概述11-22
• 1.2.1 槽式太阳能热发电系统12-15
• 1.2.2 碟式太阳能热发电系统15-16
• 1.2.3 塔式太阳能热发电系统16-21
• 1.2.4 三种太阳能热发电系统的比较21-22
• 1.3 塔式太阳能热发电吸热器的研究现状22-27
• 1.4 本文主要工作内容27-28
• 2 塔式太阳能热发电吸热器实验系统设计28-36
• 2.1 实验系统整体设计28-29
• 2.2 聚光型太阳能模拟器设计29-31
• 2.3 腔式吸热器设计31-32
• 2.4 实验测量仪器32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 腔式吸热器热平衡计算模型36-40
• 3.1 反射光损失36-37
• 3.2 腔式吸热器的对流热损失37-38
• 3.3 腔式吸热器的辐射热损失38
• 3.4 腔式吸热器的导热热损失38
• 3.5 腔式吸热器的热效率计算38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 4 腔式吸热器热性能研究的实验结果及讨论40-61
• 4.1 实验方法40-41
• 4.2 实验结果分析41-60
• 4.2.1 聚光型太阳能模拟器热流密度分布41-47
• 4.2.2 入射能辐照强度对热性能的影响47-50
• 4.2.3 入口流量对热性能的影响50-53
• 4.2.4 风速大小对热性能的影响53-55
• 4.2.5 玻璃盖板对热性能的影响55-57
• 4.2.6 吸热器的形式对热性能的影响57-60
• 4.3 本章小结60-61
• 5 塔式太阳能吸热器的数值模拟方法61-66
• 5.1 几何模型61-62
• 5.2 控制方程62-63
• 5.3 Fluent软件使用方法63-65
• 5.3.1 Fluent软件简介63-64
• 5.3.2 Fluent软件的设置64-65
• 5.3.3 计算模型说明65
• 5.4 本章小结65-66
• 6 塔式太阳能吸热器的数值模拟结果及讨论66-99
• 6.1 模拟研究工况66
• 6.2 模拟结果与讨论66-97
• 6.2.1 入口流量对热性能的影响66-75
• 6.2.2 入口水温对热性能的影响75-83
• 6.2.3 风速大小对热性能的影响83-91
• 6.2.4 入射能辐照强度对热性能的影响91-97
• 6.3 模拟结果与实验结果对比分析97-98
• 6.4 本章小结98-99
• 7 总结与展望99-101
• 7.1 总结99-100
• 7.2 展望100-101
• 参考文献101-107
• 作者简介107-108

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