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多孔介质吸热器传热特性研究

作　者: 于春亮
导　师: 帅永
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力工程
关键词: 多孔介质太阳能吸热器蒙特卡罗法热辐射
分类号: TK513
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

多孔介质由于其耐高温、抗氧化、换热比表面积大、高导热率等优点，可以将其应用于太阳能热发电系统的吸热器中，将空气加热到较高的温度。多孔介质的传热性能不仅直接影响吸热器的性能，对其进行优化还能有效提高整个太阳能热发电系统的效率。结合多孔介质流动、传热相关理论，基于局部非热平衡假设建立了多孔介质内部传热、流动的相关模型，研究分析了流速、孔隙率、孔隙数密度、太阳辐射的不均匀性等参数对多孔介质内部固体和流体两相温度场的影响，对太阳能吸热器传热性能进行了数值模拟，并优化设计了多孔介质吸热器的结构。考虑到多孔介质内固体骨架及孔隙结构非常复杂，要准确地对其内部的辐射传递问题进行描述就需要对其内部的几何参数有详尽的了解并建立与多孔介质内骨架结构完全相同的几何模型也较为困难。本文通过将多孔介质的固体骨架部分简化为规则形状的几何体有规律或者随机的分布在透明的流体区域中，采用规则的几何形体来控制空隙率和多孔介质微细结构的特征尺寸，利用蒙特卡洛法直接模拟多孔介质的辐射特性参数，并与碳化硅多孔陶瓷的BRDF实验结果进行了比较分析。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题背景及意义  9-12
    1.1.1 太阳能光热发电  9-10
    1.1.2 多孔介质容积式吸热器  10-12
  1.2 研究现状  12-15
    1.2.1 多孔介质流动、传热研究  12-13
    1.2.2 多孔介质太阳能吸热器研究  13-15
  1.3 主要研究内容  15-17
第二章多孔介质内部传热特性的数学模型  17-30
  引言  17
  2.1 多孔介质流动传热计算模型  17-23
    2.1.1 多孔介质的研究方法  17-18
    2.1.2 多孔介质内部流动的控制方程  18-21
    2.1.3 多孔介质内部传热模型  21-23
  2.2 多孔介质辐射物性的直接模拟  23-28
    2.2.1 多孔介质中辐射传递的基本过程  24-25
    2.2.2 数学模型  25-28
    2.2.3 程序流程图  28
  2.3 本章小结  28-30
第三章多孔介质太阳能吸热器传热性能研究  30-46
  引言  30
  3.1 多孔介质吸热器  30-33
    3.1.1 太阳能热电系统  30-31
    3.1.2 局域非热平衡假设  31-33
  3.2 求解方案及边界条件  33-36
    3.2.1 求解方案  33-35
    3.2.2 边界条件  35-36
  3.3 结果及分析  36-45
    3.3.1 流体流量的影响  36-38
    3.3.2 多孔介质本身性质的影响  38-40
    3.3.3 热流分布的影响  40-43
    3.3.4 边界辐射能量损失  43-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章多孔介质热辐射特性的直接模拟  46-63
  引言  46
  4.1 计算模型  46-50
    4.1.1 模型简化  46-48
    4.1.2 理论假设  48-50
  4.2 二维多孔介质辐射特性的直接模拟  50-56
    4.2.1 光线数的确定  50-51
    4.2.2 孔隙率的影响  51-54
    4.2.3 特征尺寸的影响  54-56
  4.3 多孔陶瓷表面辐射特性模拟  56-59
    4.3.1 反射率和透射率  56-57
    4.3.2 方向反射和方向透射特性  57-58
    4.3.3 固体表面吸收率的影响  58-59
  4.4 多孔介质辐射物性的实验研究  59-61
    4.4.1 实验台介绍  59-60
    4.4.2 SiC 多孔陶瓷辐射物性测量  60-61
  4.5 本章小结  61-63
结论  63-64
参考文献  64-70
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  70-73
致谢  73

多孔介质吸热器传热特性研究

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