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太阳能承压式空腔热能吸收器数值模拟研究

作　者: 李清
导　师: 钟水库
学　校: 广西大学
专　业: 工程热物理
关键词: 太阳能空腔热能吸收器多孔吸收体 FLUENT
分类号: TK513
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

进入21世纪,能源危机促进世界各国对新能源的开发,特别是太阳能。塔式太阳能热发电技术作为其中一种太阳能开发的主要技术方式,因其工质工作温度高、热效率较高、与传统发电技术兼容性强的优点而得到广泛发展。本文针对塔式太阳能热发电技术中的太阳能承压式空腔热能吸收器进行结构设计与性能优化研究。根据计算流体力学和传热学理论,采用数值模拟法,利用FLUENT软件作为研究工具。太阳能承压式空腔热能吸收器可分为无多孔吸收体式和多孔吸收体式两种。吸收器的流体出口温度、入口压力都与入口速率成五次多项式关系；出口流量与入口流体速率以线性关系变化；热能吸收率、进气腔温差与入口速率之间成反比例关系。根据非线性优化理论,用集总参数量Z进行综合分析以上五个量的最优化参数,得到Z值随入口速率呈现Nelder反比例关系。集总参量Z的极大值在入口速率2.0m/s<Vinlet<3.0m/s之间。在此基础上,研究多孔吸收体厚度与设定位置对吸收器性能的影响。通过集总参量Z与气腔容积比之间的关系进行性能优化分析。当气腔容积比当α<0.9时,在入口速率为Vmlet=2.0m/s的情况下出现集总参量Z的最大值。当a>0.9时,在入口速率为Vinlet=2.5m/s的情况下出现集总参量Z的最大值。数值模拟结果与实际的实验结果相比,置信度可以达到90%。多孔吸收体可以改善承压式空腔热能吸收器的温度分布、降低故障率、延长使用寿命,是吸收器的发展方向。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
缩写、符号说明  8-9
前言  9-10
第一章太阳能热发电技术  10-19
  1.1 太阳能利用及其有待克服的困难  10
  1.2 太阳能热发电技术简介  10-14
    1.2.1 塔式集热吸收器聚焦式太阳能热发电站  10-12
    1.2.2 槽型抛物镜集热吸收器分散式太阳能热发电站  12-13
    1.2.3 蝶式抛物镜集热吸收器分散式太阳能热发电站  13-14
  1.3 太阳能热发电系统与太阳能光伏发电系统的比较  14
  1.4 三种太阳能热发电方式的比较  14-15
  1.5 塔式太阳能热发电技术的发展现状  15-17
    1.5.1 国际塔式太阳能热发电站发展情况  16-17
    1.5.2 国内塔式太阳能热发电站发展情况  17
  1.6 本文的研究内容  17-19
第二章热能吸收器及计算流体力学简介  19-28
  2.1 热能吸收器原理及分类  19-24
    2.1.1 间接式热能吸收器  19-20
    2.1.2 直接式热能吸收器  20-23
    2.1.3 热能吸收器的发展历程  23-24
    2.1.4 热能吸收器的设计要求  24
  2.2 计算流体力学CFD简介  24-25
  2.3 有限元分析法与FLUENT简介  25-27
    2.3.1 有限元分析模拟技术  25-26
    2.3.2 FLUENT软件简介  26-27
  2.4 本章总结  27-28
第三章承压式空腔热能吸收器的计算模型  28-41
  3.1 研究对象  28-31
    3.1.1 腔体结构  28-29
    3.1.2 材料物性  29-31
  3.2 基本假设  31-32
  3.3 基本控制方程  32-35
    3.3.1 湍流模型的选择  33-34
    3.3.2 辐射传热模型选择  34-35
  3.4 建立物理结构模型  35-37
    3.4.1 生成网格  35-36
    3.4.2 设置边界类型和区域属性  36-37
  3.5 建立FLUENT流动与换热求解模型  37-40
    3.5.1 求解器选择  37
    3.5.2 设置边界条件  37-39
    3.5.3 设置求解参数  39-40
  3.6 本章总结  40-41
第四章承压式空腔热能吸收器参数的优化讨论  41-54
  4.1 无多孔吸收体承压式空腔热能吸收器性能  41-47
    4.1.1 出口质量流量  41-42
    4.1.2 出口温度  42-43
    4.1.3 热能吸收率  43-44
    4.1.4 进气腔温差  44-46
    4.1.5 入口压力  46-47
  4.2 无多孔吸收体承压式空腔热能吸收器性能优化分析  47-49
    4.2.1 多目标量线性加权优化分析法  47
    4.2.2 最优化数值分析和结果  47-49
  4.3 多孔吸收体承压式空腔热能吸收器性能优化分析  49-53
    4.3.1 结构参数  49-50
    4.3.2 仿真实验结果与优化分析  50-53
  4.4 本章总结  53-54
第五章总结与展望  54-56
  5.1 总结  54
  5.2 展望  54-56
参考文献  56-60
致谢  60-61
攻读学位期间发表论文情况  61

太阳能承压式空腔热能吸收器数值模拟研究

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