非均勻熱流分布下槽式太陽(yáng)能吸熱管的熱特性.pdf

1、太陽(yáng)能集熱器是太陽(yáng)能熱利用裝置的核心部件，是一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能的裝置，其熱轉(zhuǎn)換效率會(huì)直接影響到整個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性。隨著太陽(yáng)輻射時(shí)間上的間歇性和空間上的不均勻性，吸熱管表面的熱流不斷變化，這導(dǎo)致太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，其吸熱管表面承受反復(fù)的溫度變化，從而使管壁產(chǎn)生溫度梯度，由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)超過吸熱管的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致吸熱管彎曲變形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)辜療峁芡饷娴牟Ａ坠芷屏?，集熱效率大大下降，影響整個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的安全性。對(duì)

2、于中低溫的太陽(yáng)能集熱器，由于吸熱管表面溫度低，換熱溫差小，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力不足以影響吸熱管的工作性能。但是對(duì)于具有高聚光比的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，其集熱器工作時(shí)僅面向反射鏡的一側(cè)受熱，而另一側(cè)幾乎沒有熱流，且受熱一側(cè)的熱流分布也呈現(xiàn)非線性特征。在這種非均勻熱流密度條件下，集熱管表面溫度高達(dá)400℃以上，管壁存在較大的換熱溫差，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力不容忽視。
　　本文以太陽(yáng)能熱利用中的槽式直接蒸汽發(fā)生太陽(yáng)能集熱器為研究對(duì)象，采用FLUENT

3、和 ANSYS軟件，對(duì)槽式太陽(yáng)能集熱管進(jìn)行了傳熱性能，熱應(yīng)力及變形的數(shù)值模擬，對(duì)減小吸熱管壁熱應(yīng)力及彎曲變形的方法進(jìn)行了理論分析。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　建立了槽式太陽(yáng)能集熱管的傳熱模型，數(shù)值模擬得到非均勻熱流密度下太陽(yáng)能吸熱管單相區(qū)（過冷區(qū)與過熱區(qū)）在不同的熱流密度，工質(zhì)流速及熱流密度施加位置影響下吸熱管的溫度分布。將溫度場(chǎng)載荷通過ANSYS WORKBENCH軟件附加在吸熱管壁上求出吸熱管壁的熱應(yīng)力分布，分析了熱應(yīng)力作用下吸熱

4、管的彎曲變形特征；
　　針對(duì)太陽(yáng)能吸熱管中兩相區(qū)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，忽略管內(nèi)流體，根據(jù)不同的蒸汽干度對(duì)吸熱管內(nèi)壁劃分區(qū)域附加不同的汽相和液相的傳熱系數(shù)，在此基礎(chǔ)上研究不同的熱流密度、干度及熱流密度施加位置條件下吸熱管兩相區(qū)時(shí)吸熱管壁上熱應(yīng)力的分布情況，并分析熱應(yīng)力引起的吸熱管的彎曲變形；
　　針對(duì)非均勻熱流密度條件下單相區(qū)與兩相區(qū)的吸熱管計(jì)算結(jié)果做了對(duì)比，在相同的條件下，分析了不同區(qū)域時(shí)吸熱管管壁沿軸向、周向及徑向的熱應(yīng)力分布及彎曲