【摘要】：太陽能集熱器是太陽能熱利用裝置的核心部件，是一種將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能的裝置，其熱轉(zhuǎn)換效率會直接影響到整個太陽能系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性。隨著太陽輻射時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，影響整個太陽能系統(tǒng)的安全性。對于中低溫的太陽能集熱器，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。但是對于具有高聚光比的槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其集熱器工作時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。 本文以太陽能熱利用中的槽式直接蒸汽發(fā)生太陽能集熱器為研究對象，采用FLUENT和ANSYS軟件，對槽式太陽能集熱管進(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。主要研究內(nèi)容包括： 建立了槽式太陽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)力作用下吸熱管的彎曲變形特征； 針對太陽能吸熱管中兩相區(qū)進(jìn)行了簡化，忽略管內(nèi)流體，根據(jù)不同的蒸汽干度對吸熱管內(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； 針對非均勻熱流密度條件下單相區(qū)與兩相區(qū)的吸熱管計算結(jié)果做了對比，在相同的條件下，分析了不同區(qū)域時吸熱管管壁沿軸向、周向及徑向的熱應(yīng)力分布及彎曲變形情況； 為了研究減小吸熱管壁存在的熱應(yīng)力及彎曲變形的途徑，建立了鋼-銅復(fù)合吸熱管及螺旋狀吸熱管的傳熱模型，針對不同形式、壁厚及熱流密度下的吸熱管進(jìn)行了熱應(yīng)力與變形的數(shù)值模擬。 通過本文的研究，為槽式直接蒸汽發(fā)生太陽能吸熱器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、吸熱管熱應(yīng)力的減弱方法提供了數(shù)值基礎(chǔ)和參考依據(jù)。
【圖文】：

（c）碟式太陽能熱發(fā)電（單碟發(fā)電系統(tǒng)） （d）碟式太陽能熱發(fā)電（多碟發(fā)電系統(tǒng)）圖 1.1 三種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)Fig1.1The three kinds of solar thermal power generation system②槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)[17]是利用槽式拋物面反射鏡聚光的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的簡稱。該系統(tǒng)一般由聚光集熱裝置、蓄熱裝置、熱機(jī)發(fā)電裝置或輔助能源裝置等組成。從幾何上看，槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光鏡面是將拋物線平移而形成的槽式拋物面，它將太陽光聚在一條線上，在這條焦線上部安裝有集熱管，用來吸收聚焦后的太陽輻射能以加熱管內(nèi)工質(zhì)。實(shí)際應(yīng)用中常常將眾多的槽式拋物面串并聯(lián)成聚光集熱器陣列進(jìn)行太陽輻射的集聚。通常，槽式拋物面對太陽輻射進(jìn)行一維跟蹤(將設(shè)備軸線南北放置，東西旋轉(zhuǎn)跟蹤)，其幾何聚光比在 10～100 之間，溫度可達(dá) 400℃左右[18]。槽式太陽能熱發(fā)電最大的優(yōu)點(diǎn)是可以同步跟蹤多聚光器、多集熱器，故跟蹤控制成本大為降低。缺點(diǎn)是能量在集中過程中依賴管道和泵，管道系統(tǒng)相比塔式電站要復(fù)雜得多，熱量及阻力損失均較大，降低了系統(tǒng)的凈輸

槽式太陽能熱發(fā)電主要是利用槽形拋物面聚光器將太陽能聚焦反射到接收吸熱管上，通過管內(nèi)載熱工質(zhì)將水加熱成蒸汽，推動汽輪機(jī)發(fā)電，典型的槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)如圖1.2所示。圖 1.2 槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)圖Fig1.2 System diagram of trough solar thermal power槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要包括五個子系統(tǒng)：聚光集熱子系統(tǒng)是該系統(tǒng)的核心，有聚光器、接收器及跟蹤裝置構(gòu)成。其中接收器主要有真空管式和腔式兩種。接收器被置于槽形拋物面聚光器的焦線上，一般采用雙層管結(jié)構(gòu)（外壁面涂有太陽選擇性吸收膜的金屬吸熱管和玻璃管）。吸熱管內(nèi)為熱載體，與玻璃管之間的環(huán)形空間為真空，以防熱流失和選擇性吸收膜的氧化。熱載體可以是水蒸氣、導(dǎo)熱油或熔融鹽。跟蹤方式采用南北、東西或極軸跟蹤的一維跟蹤。換熱子系統(tǒng)由預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器、過熱器及再熱器組成。當(dāng)系統(tǒng)工質(zhì)為導(dǎo)熱油時，采用雙回路，即接收器中的導(dǎo)熱油被加熱后，進(jìn)入換熱子系統(tǒng)加熱水產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進(jìn)入發(fā)電子系統(tǒng)中發(fā)電。發(fā)電子系統(tǒng)的基本組成與常規(guī)的發(fā)電設(shè)備相似，但需要配備
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TK513.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉中良,馬重芳;層流管流耦合換熱對流體熱邊界條件的影響[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2002年01期

2 文玉良;丁靜;楊曉西;楊建平;沈向陽;;高溫熔鹽橫紋管傳熱特性與強(qiáng)化機(jī)理研究[J];工程熱物理學(xué)報;2010年01期

3 王富強(qiáng);帥永;談和平;;腔式太陽能吸熱器的熱分析[J];工程熱物理學(xué)報;2011年05期

4 于春亮;王幸智;王富強(qiáng);帥永;談和平;;螺旋盤管腔式太陽能吸熱器的熱力耦合特性[J];工程熱物理學(xué)報;2012年12期

5 楊小平;楊曉西;丁靜;秦貫豐;蔣潤花;;高溫熔鹽吸熱器的傳熱研究和系統(tǒng)設(shè)計[J];節(jié)能技術(shù);2012年01期

6 徐吉富;朱躍釗;蔣金柱;董寶軍;;太陽能真空管熱管式集熱管溫度場及流場分析[J];流體機(jī)械;2009年02期

7 張學(xué)學(xué),張超,劉靜;周向不均勻熱流邊界條件下管內(nèi)層流混合對流換熱[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1997年02期

8 許輝;張紅;白z\;丁莉;莊駿;;碟式太陽能熱發(fā)電技術(shù)綜述(一)[J];熱力發(fā)電;2009年05期

9 倪明江;駱仲泱;壽春暉;王濤;趙佳飛;岑可法;;太陽能光熱光電綜合利用[J];上海電力;2009年01期

10 金曉雷;王培紅;;太陽能熱發(fā)電及其聚光裝置的現(xiàn)狀與比較[J];上海電力;2009年01期

，

本文編號：2666431