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塔式太阳能吸热器的热工数值模拟

作　者: 李培娟
导　师: 刘石
学　校: 华北电力大学
专　业: 热能工程
关键词: 熔盐塔式太阳能吸热器数值模拟
分类号: TK513
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

能源是人类社会文明发展的主要动力之一,其在社会发展进程中占有非常重要的地位。在上个世纪,煤炭、石油、天然气等化石能源的迅速应用于工业发展方面,但是,常规能源煤炭、石油和天然气开采量日益增大然而其储存量却越来越少,使得未来的能源利用形势受到了极大的挑战。太阳能是地球上能源储量最多一种能源,因具有取之不尽、用之不竭等优点,而被认为是一种极具广阔发展前景的可再生能源发电方式。本文主要对熔盐塔式太阳能发电系统中核心部件之一的吸热器的流动和传热特性进行了数值模拟研究,主要的工作包括：(1)基于能量守恒、动量守恒与质量守恒等定律,建立了三维吸热器流动与传热的数值模型；(2)利用FLUENT软件,对不同的熔盐进口温度、流量、管径、热流密度、管壁厚度、摩擦度、环境风速、管长等条件的吸热器的流动与传热特性进行了数值模拟。在本文所考虑的条件下,对以上八种参数分别进行多工况的数值模拟,得出以下研究结论：温度越高热损失越大,进出口温差越小；速度小于2m/s的工况下传热性能最好；进出口温差变化率随着管径增大而减少；随着加热面热流密度的升高,入口与出口的温差与其成线性关系；内外壁面的温差随壁厚的增加而急剧增加；环境风速越大,对流换热系数增大,散热增大,进出口温差减小；粗糙度的增大,湍流动能增大；管长的增加将导致进出口温差不断增加。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-20
  1.1 研究的背景和意义  9-10
    1.1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-19
    1.2.1 太阳能利用研究现状研究  10-14
    1.2.2 塔式太阳能热发电系统研究现状  14-16
    1.2.3 塔式太阳能吸热器的研究  16-19
  1.3 本文的主要研究内容  19-20
第2章塔式太阳能计算方法简介  20-24
  2.1 有限元法  20-22
  2.2 有限差分法  22
  2.3 有限体积法  22-23
  2.4 三种方法的比较  23-24
第3章熔盐吸热器模型的建立  24-35
  3.1 几何模型  24
  3.2 三维网格的划分和求解设置  24-26
  3.3 计算模型  26-34
    3.3.1 单管模型控制方程  27-28
    3.3.2 湍流模型建立  28-32
    3.3.3 近壁面处的剪切应力  32-33
    3.3.4 壁面边界的热传导求解  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第4章数值模拟结果分析  35-52
  4.1 熔盐在管内的温度分布和速度分布  35-38
    4.1.1 垂直切面轴向方向的熔盐的温度分布  36
    4.1.2 流动出口处的熔盐温度分布  36-37
    4.1.3 在垂直切面轴向方向的熔盐的速度分布  37-38
  4.2 熔盐进口温度引起的熔盐温升  38-40
  4.3 熔盐流量对熔盐吸热管的传热性能的影  40-42
  4.4. 热流量对熔盐温升的影响  42-43
  4.5 吸热管管径对熔盐进出口温差的影响  43-46
  4.6 吸热器管壁摩擦度对吸热管湍流的影响  46-47
  4.7 壁厚对管壁温度的影响  47
  4.8 管长对吸热器进出口温度的影响  47-49
  4.9 环境风速对吸热器进出口温度的影响  49-50
  4.10 本章小结  50-52
第5章结论与展望  52-54
  5.1 本文的研究成果  52-53
  5.2 进一步研究展望  53-54
参考文献  54-57
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  57-58
致谢  58

塔式太阳能吸热器的热工数值模拟

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