高温混凝土蓄热装置蓄热性能影响因素的研究

摘要

蓄热系统是太阳能热发电技术开发应用中的关键环节，而蓄热装置是蓄热系统技术工作的重点。太阳能用混凝土蓄热凭借其良好的环保特性和节能空间，在国内外受到极大关注。国内外在高温混凝土的制备方面进行了大量的研究，但在蓄热单元传热研究方面开展较少，尚存在不足。针对以上问题，对太阳能用混凝土蓄热开展探讨是一项既有理论价值，又有重要工程价值的课题。
　　本文搭建了混凝土蓄热系统实验平台，对蓄热实验单元进行了温度场测试，利用模拟软件建立三维模型，并将实验数据与模拟数据进行对比，不断修正模型，最终结果表明实验值和模拟值的变化趋势基本保持一致，相对偏差不会超过9.66％，确定该模型可用于后续模拟分析。
　　在此基础上，以混凝土作为蓄热介质，熔融盐作为传热介质，利用数值模拟对混凝土蓄热过程中的传热特性进行了分析。研究结果表明:当其他影响因素一定时，混凝土蓄热量随着进口流速的增大而增大，但当流速增加到0.2m/s后，流速对混凝土蓄热量的影响越来越小;当其他影响因素一定时，混凝土蓄热量随着入口温度的升高、混凝土导热系数的增大而不断增大;当其他影响因素一定时，混凝土蓄热量在换热管管间距为100mm可达到较大值;当其他影响因素一定时，换热管管径增大，混凝土蓄热速率加快，总蓄热量减小，同时所需钢材量增加，从而增大了蓄热成本。
　　本文借鉴了一种有效提高混凝土蓄热速率的间歇式蓄热方式，研究表明，间歇式的蓄热方式可以有效的减少混凝土蓄热模块的等效蓄热时间，本蓄热单元存在间歇时间最优值。
　　论文还在原有的模型基础上进行强化传热的结构优化模拟，分析了加不同结构肋片（环肋、直肋）对蓄热效果的影响。研究表明，肋片的加入使传热热阻减小、有效导热系数得以提高。其中环肋使得混凝土截面温度分布更加均匀，更有利于混凝土的长期使用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景与意义

1．1．1 太阳能用混凝土蓄热的研究背景

1．1．2 论文研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 蓄热介质混凝土的研究现状

1．2．2 传热介质熔融盐的研究现状

1．3 本文的主要研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 蓄热混凝土蓄热过程的理论分析

2．1 混凝土热物性参数

2．1．1 混凝土的比热容

2．1．2 混凝土的导热系数

2．1．3 混凝土的热扩散率

2．2 传热理论分析

2．2．1 解析法传热模型

2．2．2 数值法传热模型

2．3 换热效果的评价标准

2．4 本章小结

第三章 数值方法的模拟验证

3．1 实验台的搭建

3．1．1 混凝土蓄热装置

3．1．2 水系统

3．1．3 数据采集系统

3．1．4 实验工况

3．1．5 实验过程

3．2 数值模拟计算

3．2．1 Fluent介绍

3．2．2 几何模型

3．2．3 网格划分

3．2．4 控制方程

3．2．5 物性参数及假设条件

3．2．6 边界条件及初始条件

3．2．7 湍流模型

3．3 实验结果分析及模型验证

3．4 本章小结

第四章 混凝土蓄热影响因素分析

4．1 熔融盐介绍

4．2 影响因素分析

4．2．1 模型设定

4．2．2 熔融盐进口流速对蓄热效果的影响

4．2．3 熔融盐进口温度对蓄热效果的影响

4．2．4 混凝土导热系数对蓄热效果的影响

4．2．5 管间距对蓄热效果的影响

4．2．6 管径对蓄热效果的影响

4．3 本章小结

第五章 蓄热运行方式及强化传热分析

5．1 蓄热模块间歇式蓄热

5．1．1 间歇式蓄热原理简介

5．1．2 模拟计算及结果分析

5．2 强化模拟模型及设置

5．2．1 强化模拟模型及设置

5．2．2 环肋模拟计算与结果分析

5．2．3 直肋模拟计算与结果分析

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

发表论文和参加科研情况说明

致谢