两段式塔式太阳能腔式吸热器设计及性能优化

摘要

随着国家能源结构调整步伐的推进，太阳能热发电由于其在节能减排、提升经济效益上巨大的潜力，已经被提上中国清洁能源重点发展的“日程”。从审批通过太阳能热发电项目到电价政策出台，可以预见，在未来的几年内，我国太阳能热发电产业将会出现“百家争鸣”式的发展。
　　目前太阳能热发电主要以槽式为主，塔式太阳能热发电系统中又主要以熔盐为导热介质为主，对于以水/水蒸气为传热介质的吸热器，汽液两相分配的复杂性始终是阻碍其发展的一大障碍;同时，太阳能热发电的不连续性及热流密度分配不均等问题，也使得气液两相流分配不均更加严重。
　　本文针对一种新型两段式塔式太阳能热发电的吸热器进行几何设计，建立了高斯热流密度分布条件下吸热器辐射和对流换热以及流动模型，确定了吸热器Ⅰ和吸热器Ⅱ受热面蛇形管管道布置方式和几何尺寸，获得了吸热器内部不同位置受热面的热流密度分布情况;结合气液两相传热和流动特点确定了吸热器典型管道内部工质温度、干度、压降和沿管道流程的壁温分布规律;整理出两段式太阳能腔式吸热器几何结构的系统化设计流程。对吸热器进行热力性能分析结果表明:两段式腔式吸热器能够有效减少预热蒸发吸热器的几何尺寸，提高平均辐射热负荷的同时降低吸热器的平均温度，有效提高吸热器的热效率;多管程蛇形管道布置可使出口参数分布更加均匀，避免受热严重不均等安全问题。
　　为进一步改善联箱内部的水工质在加热过程中的两相流动特性，基于专利提出的笛形管均流器对联箱内两相流均匀分配的作用，本文采用CFD数值模拟，对加装笛形管前后联箱内汽液两相流的体积分数、速度场及分支管出口两相流的流量分配特性进行比较。结果表明:在两相流吸热器联箱中加装合适的笛形管均流器能对联箱内的汽液两相流进行再分配，明显改善联箱内部汽液分层现象和两相流分配不均匀问题。对太阳能热发电水工质吸热器设计有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 塔式太阳能发电技术及国内外发展现状

1．3 太阳能腔式吸热器联箱两相流分配的研究现状

1．4 本文主要研究内容

第2章 两段式塔式太阳能腔式吸热器发电系统设计

2．1 两段式塔式太阳能腔式吸热器发电系统概述

2．1．1 两段式塔式太阳能腔式吸热器发电系统整体介绍

2．1．2 两段式塔式太阳能腔体设计

2．2 计算模型

2．2．1 传热计算模型

2．2．2 压降计算模型

2．3 计算程序

2．4 热流密度与吸热面积耦合计算

2．5 本章小结

第3章 吸热器系统设计计算验证及结果分析

3．1 计算模型验证

3．1．1 美国Solar One系统验证

3．1．2 中国“大汉”系统验证

3．2 设计计算结果

3．2．1 吸热器流动参数计算结果

3．2．2 吸热器结构设计参数

3．3 吸热器热力性能分析

3．3．2 吸热器Ⅱ主要热力参数分析

3．4 吸热器变负荷运行参数分析

3．4．1 变负荷运行计算模型的建立

3．4．2 变负荷运行计算结果及分析

3．5 本章小结

第4章 吸热器系统联箱两相流分配的模拟分析

4．1 联箱及笛形管的模型建立

4．1．1 吸热器联箱及笛形管结构

4．1．2 网格划分及无关性验证

4．2 数值建模及模型验证

4．2．1 数值模型的建立

4．2．2 模型验证

4．3 数值模拟结果分析

4．3．1 加装笛形管均流器前后的联箱分配定性分析

4．3．2 加装笛形管均流器前后的联箱分配定量分析

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢