塔式太阳能吸热器数值模拟及颗粒保温的试验研究

摘要

太阳能热发电技术包括塔式太阳能热发电系统、槽式太阳能热发电系统、碟式太阳能热发电系统和线性菲涅尔式太阳能热发电系统，其中塔式太阳能热发电系统由定日镜场、跟踪系统、吸热器、熔盐储罐、换热器以及发电系统组成。吸热器作为整个系统的核心部件，其安全性和热效率直接决定了整个塔式太阳能热发电系统的安全性和热效率。
　　本文通过建立塔式熔盐吸热器三维模型，将吸热器实际工作中的环境作为边界条件，在分析吸热器的工作原理并利用Fluent软件模拟不同热流密度、不同熔盐流速、不同表面换热系数、不同环境温度对吸热器性能的影响。研究表明随着环境温度的升高塔式熔盐吸热器熔盐出口温度升高，热效率提高，热损失降低；随着热流密度的增高，塔式熔盐吸热器熔盐出口温度升高，热效率提高，热损失率降低，但热效率提高速度越来越慢；随着对流换热系数的增大，塔式熔盐吸热器出口温度降低，热效率降低，热损失率增大。当受热面的对流换热系数从20W/(m2·K)增大至140W/(m2·K)时，热损失率由8.28％上升至17.77%，热效率由91.72%下降至82.23%，在吸热器实际运行过程中，风速对吸热器的效率有着很大的影响。
　　塔式熔盐吸热器在复杂的天气状况下工作环境恶劣，当处于自然降温过程中往往30秒之内就下降到熔盐凝固点之下，为了防止出现管内熔盐凝固等影响吸热器安全性能的影响，本文提出了一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温方法及装置，具有材料成本低、系统控制简单，可以迅速实现覆盖以及掉落等优点，相对于裸露的吸热器，表面附有6mm颗粒保温层，吸热管外侧换热壁面平均温度从500℃下降到230℃的时间增加了10倍以上。
　　进行塔式熔盐颗粒吸热器试验，试验结果表明保温颗粒温度、保温颗粒厚度、环境风速、迎风面和背风面等因素对吸热管温度影响较大。保温颗粒温度越高、保温颗粒厚度越厚、环境风速越小，保温效果越好；迎风面保温效果比背风面要差。
　　建立三维塔式熔盐吸热器模型并与试验结果进行验证，对吸热器温度一定情况下不同颗粒温度对保温效果的影响进行探究，研究表明在吸热管壁面温度一定的前提下颗粒平均温度越高，颗粒保温效果越好。

目录

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致谢

术语表

第1章 绪论

1.1前言

1.2太阳能热发电技术

1.3塔式太阳能热发电系统研究现状

1.4塔式太阳能吸热器器研究现状

1.5本文研究内容

第2章 数值模拟过程及塔式熔盐吸热器模型的建立

2.1前言

2.2数值计算理论基础

2.3物理模型

2.4网格划分及求解设置

2.5网格质量检测

2.6 Fluent模型

2.7本章小结

第3章 塔式熔盐吸热器数值模拟结果分析

3.1熔盐在吸热管内温度及速度分布

3.2热损失分析

3.3不同工况下吸热管传热特性比较

3.4塔式熔盐吸热器降温特性模拟

3.5塔式熔盐保温方案

3.6本章小结

第4章 塔式吸热器颗粒保温特性研究

4.1吸热器结构

4.2试验装置（试验系统）

4.3试验研究

4.4模型验证与分析

4.5模型预测

4.6本章小结

第5章 总结与展望

5.1研究结论

5.2本文主要创新点

5.3展望

参考文献

第7章 附 录