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碟式太阳能热发电吸热器的数值模拟研究
作 者: 王俊杰
导 师: 田瑞
学 校: 内蒙古工业大学
专 业: 热能工程
关键词: 改进半球形腔式吸热器 弯度 石英窗口 热损失 努塞尔数
分类号: TK513
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
太阳能吸热器是碟式太阳能热发电系统的核心部件之一,进一步提高太阳能吸热器的效率、可靠性和降低太阳能吸热器的成本是目前太阳能吸热器研究的重点。但是研究表明,吸热器的热损失和热不均匀性制约着吸热器效率与可靠性的有效提高。因此研究如何有效的减少吸热器的热损失和热不均匀性,具有重要的意义。本文数值模拟研究了一种用于碟式斯特林太阳能热发电系统的新型吸热器的性能。本文主要研究内容如下:基于计算流体力学理论建立的计算模型,运用Fluent软件对适用于碟式斯特林太阳能热发电系统5种弯度的改进半球形腔式吸热器的热性能进行了数值模拟对比分析。通过模型验证得出,采用定壁温考虑吸热器整体的热性能、应用S2S模型考虑辐射和用瞬态计算方法考虑密度项是可行的。在采光孔朝下时,随着弯度的增大,吸热器对流和辐射热损失、辐射和总努塞尔数均增大,而对流努塞尔数却减小,辐射热损失占总热损失的大部分。综合结果表明,改进半球形腔式吸热器的最佳弯度范围为0.4~0.5。为了进一步减小改进半球形腔式吸热器的辐射热损失、对流热损失,选取弯度为0.5的改进半球形腔式吸热器在其采光孔处安装石英窗口。基于计算流体力学理论建立的计算模型,运用Fluent软件对适用于碟式斯特林太阳能热发电系统的石英窗口改进半球形腔式吸热器的热性能进行了数值模拟并与弯度为0.5的普通窗口改进半球形腔式吸热器对比。通过模型验证得出,采用定壁温考虑吸热器整体的热性能、应用DO模型考虑辐射和用瞬态计算方法考虑密度项是可行的。得出了石英窗口改进半球形腔式吸热器的对流热损失、辐射热损失均明显小于普通窗口改进半球形腔式吸热器,对流努塞尔数、辐射努塞尔数的变化与之相同。通过本文的研究,为提高吸热器及碟式斯特林系统的性能提供了数值基础和参考依据。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-8 第一章 绪论 8-14 1.1 碟式太阳能热发电吸热器概述 8-9 1.2 碟式太阳能热发电吸热器的国内外研究现状 9-13 1.2.1 国外对于吸热器的研究 9-11 1.2.2 国内对于吸热器的研究 11-13 1.3 课题主要研究内容 13-14 第二章 吸热器热性能数值模拟平台的介绍 14-22 2.1 数值模拟概况 14-15 2.1.1 数值模拟基础 14 2.1.2 数值模拟发展 14-15 2.2 有限体积法简介 15-16 2.2.1 有限体积法模型 15 2.2.2 有限体积法软件 15-16 2.3 FLUENT 应用 16-21 2.3.1 FLUENT 分析步骤及计算流程 16-17 2.3.2 FLUENT 求解导热问题 17-18 2.3.3 FLUENT 求解对流换热问题 18-19 2.3.4 FLUENT 求解热辐射问题 19-21 2.4 本章小结 21-22 第三章 不同弯度腔式吸热器热性能的数值模拟 22-30 3.1 数理模型及计算网格和边界条件设置 22-23 3.1.1 数理模型描述 22-23 3.1.2 计算网格和边界条件设置 23 3.2 数值计算方法和可靠性验证 23-26 3.2.1 数值计算方法 23-25 3.2.2 可靠性验证 25-26 3.3 数值模拟的结果与讨论 26-28 3.4 本章小结 28-30 第四章 加装石英窗口的腔式吸热器热性能的数值模拟 30-37 4.1 数理模型及计算网格和边界条件设置 30-32 4.1.1 数理模型描述 30-31 4.1.2 计算网格和边界条件设置 31-32 4.2 数值计算方法和可靠性验证 32-35 4.2.1 数值计算方法 32-33 4.2.2 可靠性验证 33-35 4.3 数值模拟的结果与讨论 35-36 4.4 本章小结 36-37 第五章 结论 37-41 5.1 总结 37 5.2 本课题的创新点 37-38 5.3 展望 38-41 参考文献 41-45 致谢 45-46 在读期间发表的论文 46
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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 特殊热能及其机械 > 太阳能技术 > 太阳能转换装置和设备
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