【摘要】：熔鹽通常指無機(jī)鹽或其混合物的熔融態(tài)液體,常見的有氯化鹽、硝酸鹽、氟化鹽等。熔鹽具有工作溫度范圍廣、熱容量大、高溫粘度小、蒸汽壓低、熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn),且廉價易得,是一種優(yōu)良的蓄熱傳熱工質(zhì)。因此采用熔鹽作工質(zhì)形成近常壓高溫熔鹽換熱系統(tǒng),在高溫加熱和能源領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力。本文以高溫熔鹽系統(tǒng)中常用的兩種復(fù)雜結(jié)構(gòu)——加熱盤(常用于盤式換熱器)和旋轉(zhuǎn)接頭(常用于槳葉換熱器)為研究對象,對復(fù)雜結(jié)構(gòu)中高溫熔鹽的流動、換熱特性(如溫度、壓力、熵產(chǎn)率分布等),復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高溫?zé)嶙冃魏蜔釕?yīng)力,以及高溫旋轉(zhuǎn)接頭的泄露特性進(jìn)行了理論分析和數(shù)值模擬。并設(shè)計了一種帶有循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)型旋轉(zhuǎn)接頭,并對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:第一,以高溫熔鹽盤式換熱器的中空加熱盤復(fù)雜結(jié)構(gòu)為例,對其進(jìn)行了數(shù)值模擬。探討了進(jìn)出口結(jié)構(gòu)、周向翅片、導(dǎo)流板等結(jié)構(gòu)對加熱盤內(nèi)熔鹽的流動和換熱特性的影響。提出了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一般優(yōu)化方法。對傳統(tǒng)加熱盤的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化后加熱盤流動和換熱性能提升明顯。并采用動態(tài)仿真比較了優(yōu)化后加熱盤和原始加熱盤的預(yù)熱時間,優(yōu)化后加熱盤預(yù)熱時間大幅縮減。對熔鹽加熱盤的高溫?zé)崤蛎浐蜔釕?yīng)力進(jìn)行仿真,提出熔鹽加熱盤設(shè)計時需要注意的問題。第二,以另一復(fù)雜結(jié)構(gòu)高溫熔鹽旋轉(zhuǎn)接頭為研究對象,探討熱膨脹對旋轉(zhuǎn)接頭泄露量的影響。首先用CFD方法對旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)熔鹽的溫度場和流場進(jìn)行仿真,根據(jù)溫度場數(shù)據(jù)得到旋轉(zhuǎn)接頭泄露量數(shù)據(jù)。針對旋轉(zhuǎn)接頭的泄露問題,提出了循環(huán)水冷卻方法,用數(shù)值模擬方法探究了循環(huán)水冷卻對旋轉(zhuǎn)接頭泄露量的影響。結(jié)果表明循環(huán)水冷卻可以有效減少旋轉(zhuǎn)接頭泄露量。第三,在上述工作基礎(chǔ)上從兩個方面對高溫熔鹽旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。一方面改進(jìn)旋轉(zhuǎn)接頭填料材料和加工精度;另一方面引入已通過仿真驗(yàn)證的循環(huán)水冷卻旋轉(zhuǎn)接頭方案。嘗試在不使旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜的情況下提高其高溫性能。搭建了循環(huán)水冷卻旋轉(zhuǎn)接頭測試試驗(yàn)臺,對初步設(shè)計的循環(huán)水冷卻旋轉(zhuǎn)接頭方案進(jìn)行了性能測試。測試結(jié)果表明新型旋轉(zhuǎn)接頭具有良好的高溫性能,在不開啟循環(huán)冷卻系統(tǒng)狀態(tài)下也能在450℃高溫下工作;開啟冷卻水循環(huán)后外環(huán)溫度降低明顯。
【圖文】：

的熔鹽復(fù)雜結(jié)構(gòu)逡逑溫熔鹽吸熱器逡逑是太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。吸熱器是一種一側(cè)接收太陽。熔鹽吸熱器工作時，通過太陽能聚光裝置（塔式、槽式或碟式等）吸吸熱器一側(cè)表面，傳遞給另一側(cè)流動的熔鹽（循環(huán)工質(zhì)）。吸熱后的高溫汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽，供給熱用戶或驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電；另一路進(jìn)入蓄熱，在吸熱器不工作時（如夜間）使用。逡逑ｏｌａｒ邋Ｔｗｏ［１５］太陽能光熱發(fā)電項(xiàng)目使用了熔融硝酸鹽為工質(zhì)的太陽能吸熱柱形，熔鹽進(jìn)口溫度為２８５邋°Ｃ，出口溫度為５６５邋°Ｃ，理論熱負(fù)荷４３邋進(jìn)出口溫差較大，吸熱器占地面積較大。吸熱器吸熱側(cè)面向環(huán)境，因時，存在熔鹽遇冷凝固和換熱表面結(jié)晶問題，需要在運(yùn)行時進(jìn)行合理等［１６］對太陽能熔鹽吸熱器進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)以螺旋管做太陽塞爾數(shù)為直管的３倍，可以有效強(qiáng)化熔鹽的集熱過程。Ｑ邋Ｚｈａｎｇ等１１７］太陽能吸收器的動態(tài)特性，測試了輸入能量和質(zhì)量流率的變化對其工ＲｅｃｅｗｅｒＩ邋—邋ｓａｌｔ逡逑

碩士學(xué)位論文邐復(fù)雜結(jié)構(gòu)高溫熔鹽流動換熱及熱膨脹特性研究逡逑（３）熔鹽－單相流體換熱器逡逑熔鹽－單相流體換熱器包括熔鹽－液體換熱器和熔鹽－氣（汽）體換熱器，目前仍以管殼逡逑主。Ｓｏｌａｒ邋Ｔｗｏ系統(tǒng)［１５］蒸汽發(fā)生器前給水預(yù)熱器為熔鹽－液體換熱器，蒸汽發(fā)生器前逡逑器為熔鹽－氣體換熱器，預(yù)熱器和過熱器均采用Ｕ型管殼式結(jié)構(gòu)。劉國敏等［１９］采用逡逑熔鹽－導(dǎo)熱油－水換熱方式，通過導(dǎo)熱油作為中間熱媒，用于解決熔鹽和水換熱溫差逡逑的問題。敖炳林［２（）］提到了一種高溫熔鹽Ｕ型管換熱器，并提出了延長其使用壽命的逡逑。除了直管或Ｕ型管外，一些學(xué)者也研究采用螺旋管熔鹽管殼式換熱器［２１］。對于熔逡逑氣體換熱器，為了增加擴(kuò)展表面，可采用翅片管式結(jié)構(gòu)，這方面的研究工作還較少。逡逑（４）熔鹽槳葉換熱器逡逑劉心志等研制了一種新型的熔鹽槳葉換熱器［２２］，該換熱器工作溫區(qū)為３００？６００°Ｃ，逡逑常規(guī)流體－流體換熱器不同，該換熱器為流體－顆粒（或膏體）換熱器，換熱表面旋轉(zhuǎn)，，逡逑具有推進(jìn)顆�；蚋囿w流動的功能。熱流體采用Ｈｉｔｅｃ熔鹽，冷側(cè)為被加熱的物料。逡逑變猢減速屯機(jī)邋旋轉(zhuǎn)接頭軸承邋進(jìn)料口邐排氣口邐上１邐夾葚熔鹽入口逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK12;O645.4

【參考文獻(xiàn)】

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