多孔介質(zhì)具有耐高溫、抗氧化、換熱比表面積大、高導(dǎo)熱率等優(yōu)點,可用于太陽能高溫?zé)峄瘜W(xué)轉(zhuǎn)化過程中的反應(yīng)器和太陽能高溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的容積式吸熱器中。本文首先研究了多孔介質(zhì)太陽能甲烷水蒸氣接收反應(yīng)器。與傳統(tǒng)以定壁溫或定熱流作為邊界條件不同,為更精確分析結(jié)構(gòu)與擾流參數(shù)對碟式太陽能甲烷接收反應(yīng)器性能的影響,本文考慮實際輻照,以高斯分布模型(Gaussian distribution model)作為熱流邊界條件,提出樹形分叉結(jié)構(gòu)反應(yīng)器和旋流槽道型兩種新型反應(yīng)器結(jié)構(gòu),并對碟式太陽能甲烷水蒸氣重整制氫接收反應(yīng)器內(nèi)傳熱傳質(zhì)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。文中分析了接收反應(yīng)器結(jié)構(gòu)類型、隔板個數(shù)及層數(shù)、旋流槽道弧度及數(shù)量對接收反應(yīng)器徑向溫度分布和甲烷轉(zhuǎn)化率的影響。結(jié)果表明,反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對徑向溫差和轉(zhuǎn)化效率影響很大。當(dāng)入口流速一定時,旋流槽道型結(jié)構(gòu)接收反應(yīng)器的甲烷轉(zhuǎn)化率最高,樹形分叉接收反應(yīng)器次之,而傳統(tǒng)的圓錐型接收反應(yīng)器最小,分別為79%,85.6%,85.9%。同時,圓錐型接收反應(yīng)器徑向溫差最大為182.53K,樹形分叉接收反應(yīng)器最大徑向溫差為168.61K,而旋流槽道型結(jié)構(gòu)接收反應(yīng)器內(nèi)部溫度最為均勻,其徑向溫差最小,為167.72K。在此基礎(chǔ)上,分析了樹形分叉結(jié)構(gòu)反應(yīng)器和旋流槽道型接收反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對反應(yīng)器性能的影響,結(jié)果表明增加樹形結(jié)構(gòu)的層數(shù)、排數(shù)對于優(yōu)化反應(yīng)器內(nèi)溫度場并無顯著效果,甲烷的轉(zhuǎn)化率提升受限。增大旋流槽道的弧度和數(shù)量對于改善反應(yīng)器內(nèi)溫度場,降低截面徑向溫差并無顯著效果,甲烷的轉(zhuǎn)化率提升受限。這也表明了,接收反應(yīng)器結(jié)構(gòu)是影響其內(nèi)部溫度場和反應(yīng)性能最重要的原因。其中,有旋結(jié)構(gòu)的新型接收反應(yīng)器可以增強流體的擾動,提高傳熱、傳質(zhì)性能,提高甲烷轉(zhuǎn)化率;促進(jìn)熱量向反應(yīng)器內(nèi)部傳遞,降低接收反應(yīng)器徑向溫差,使接收反應(yīng)器內(nèi)部溫度更為均勻,維持催化劑的高催化活性,從而提高接收反應(yīng)器的可靠性。多孔介質(zhì)還可用于容積式太陽能吸熱器中,國內(nèi)外學(xué)者大多研究了多孔介質(zhì)中孔隙率,孔隙尺寸,雷諾數(shù)等對多孔介質(zhì)內(nèi)流動傳熱的影響,對非均勻孔隙率分布多孔介質(zhì)體對吸熱器性能研究較少。因此本文創(chuàng)新性的設(shè)計了多種非均勻孔隙率分布的多孔介質(zhì)體吸熱器,采用高斯分布模型,并考慮了多孔介質(zhì)體內(nèi)的輻射輸運方程,結(jié)合多孔介質(zhì)流動、傳熱相關(guān)理論,基于局部非熱平衡假設(shè)(多孔介質(zhì)溫度與流體溫度不等)建立了多孔介質(zhì)內(nèi)部傳熱、流動的相關(guān)模型,對非均勻孔隙率分布的多孔介質(zhì)體吸熱器內(nèi)傳熱傳質(zhì)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,并研究分析了流速、流體進(jìn)口溫度,非均勻孔隙率分布、多孔介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)對多孔介質(zhì)體吸熱器性能的影響。模擬結(jié)果知,所設(shè)計的非均勻孔隙率分布類型中,凸二次函數(shù)變化分布孔隙率吸熱器出口溫度最高,比均勻分布孔隙率吸熱器出口溫度提升10.07%。分析知入口處孔隙率高,太陽輻射更多的進(jìn)入到多孔介質(zhì)內(nèi)部,從而減少了太陽輻射的反射及入口處散熱損失。凹二次函數(shù)分布吸熱器出口流體溫度高于線性分布吸熱器,提高3.2%。這由于出口處凹二次函數(shù)分布吸熱器孔隙率較小,由多孔介質(zhì)體傳熱系數(shù)公式知孔隙率降低換熱系數(shù)提高,此時凹二次函數(shù)分布吸熱器換熱性能更好。多孔介質(zhì)體吸熱器最佳的孔隙率分布應(yīng)為入口處孔隙率大而出口處孔隙率適當(dāng)?shù)慕档汀?br> 【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK124
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)換接收器研究進(jìn)展
    1.2 太陽能光熱發(fā)電吸熱器研究進(jìn)展
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第2章 碟式太陽能甲烷接收反應(yīng)器傳熱傳質(zhì)性能研究
    2.1 碟式太陽能接收反應(yīng)器物理模型
        2.1.1 工作原理
        2.1.2 物理模型
        2.1.3 控制方程
        2.1.4 邊界條件
        2.1.5 模型驗證
    2.2 數(shù)值方法
    2.3 模擬結(jié)果分析
        2.3.1 不同結(jié)構(gòu)對接收反應(yīng)器性能的影響
        2.3.2 幾何參數(shù)對接收反應(yīng)器性能的影響
    2.4 小結(jié)
第3章 太陽能多孔介質(zhì)體吸熱器傳熱性能研究
    3.1 工作原理
    3.2 控制方程
    3.3 邊界條件
    3.4 數(shù)值方法
    3.5 模擬結(jié)果分析
        3.5.1 研究不同的孔隙率變化對多孔介質(zhì)體吸熱器性能影響(速度0.15 m/s)
        3.5.2 不同入口流速對吸熱器換熱性能的影響
        3.5.3 研究在不同導(dǎo)熱系數(shù)多孔介質(zhì)對均勻分布孔隙率和漸變分布孔隙率吸熱器性能影響
        3.5.4 研究在不同入口溫度多孔介質(zhì)對均勻分布孔隙率和漸變分布孔隙率吸熱器性能影響
    3.6 小結(jié)
第4章 結(jié)論與展望
    4.1 結(jié)論
    4.2 槽道局部流動分析
    4.3 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2839227