【摘要】：太陽能光熱利用具有無污染、零排放、不使用傳統(tǒng)化石燃料的顯著優(yōu)點。太陽能光熱利用主要有槽式、塔式、碟式和線性菲涅爾式四種。在太陽能熱利用的多種方式中,拋物槽式吸熱器是商業(yè)化最為成熟、推廣度最大的方式,但是,槽式吸熱器中的管式吸熱器在運行的過程中,存在著熱應(yīng)變過大而導致玻璃罩破裂的問題。為了降低管式吸熱器的熱應(yīng)變、提升管內(nèi)的傳熱強度以及吸熱器的運行效率,本文引入非對稱波紋管作為拋物槽式太陽能吸熱器的吸熱管。本文以非對稱波紋管式太陽能吸熱器為研究對象,建立了光-熱-結(jié)構(gòu)耦合模型。首先,建立槽式太陽能聚集系統(tǒng)的光線聚集與傳輸模型,對管式吸熱器表面的熱流分布特性進行分析,研究結(jié)構(gòu)參數(shù)、鏡面誤差及系統(tǒng)指向誤差對非對稱波紋管式太陽能吸熱器表面熱流分布的影響;其次,以槽式太陽能聚集系統(tǒng)的光束聚集與傳輸過程的研究為基礎(chǔ),結(jié)合用戶自定義函數(shù),建立非對稱波紋管式太陽能吸熱器的光熱耦合模型,對非對稱波紋管式太陽能吸熱器的傳熱特性及流阻特性進行數(shù)值研究,著重分析熱流分布、結(jié)構(gòu)參數(shù)及雷諾數(shù)對非對稱波紋管式太陽能吸熱器的傳熱和流阻的影響;再次,采用中心復(fù)合設(shè)計的方法,對非對稱波紋管式太陽能吸熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和雷諾數(shù)進行傳熱優(yōu)化設(shè)計;最后,建立非對稱波紋管式太陽能吸熱器的光-熱-結(jié)構(gòu)耦合模型,分析結(jié)構(gòu)參數(shù)、運行參數(shù)等對非對稱波紋管式太陽能吸熱器應(yīng)力應(yīng)變特性的影響。研究結(jié)果表明,非對稱波紋管式太陽能吸熱器具有明顯的強化傳熱性能及優(yōu)異的應(yīng)力應(yīng)變特性,與圓管式太陽能吸熱器相比,其努塞爾數(shù)最多提高65.6%,此時的綜合傳熱因子提高148%,最大熱應(yīng)變降低25%。增大邊緣角、焦距可分別使壁面的峰值熱流密度升高37.8%、267%,增加鏡面誤差、系統(tǒng)指向誤差使峰值熱流下降52.3%和75.0%;增大p/D可以同時提高吸熱器的傳熱性能和綜合傳熱因子,rl/D的增加在幾乎不損失吸熱器傳熱性能的同時降低阻力損失,提升整體性能,H/D的升高在除峰值附近的區(qū)間內(nèi)降低綜合傳熱因子;通過優(yōu)化設(shè)計,可知綜合傳熱系數(shù)η在NuA/Nu S=1.92時達到最大,此時η=2.71;熱應(yīng)變的數(shù)值隨吸熱器傳熱能力的升高而降低,等效應(yīng)力不僅和溫度分布有關(guān),也與吸熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān);增大鏡面誤差和系統(tǒng)指向誤差會使熱應(yīng)變和等效應(yīng)力同時減小,最大可使熱應(yīng)變降低46.1%,等效應(yīng)力降低72.3%。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK513.1

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本文編號：2766896