【摘要】：太陽能熱動力發(fā)電具有不使用化石燃料、零污染物排放等優(yōu)點(diǎn)，是清潔的發(fā)電系統(tǒng)。由于地球表面接收到的太陽輻射強(qiáng)度除了受到晝夜、季節(jié)和地理緯度等規(guī)律性因素的影響外，還受到陰云和雨雪天氣等隨機(jī)性因素的制約，以及集熱子系統(tǒng)熱流密度傳輸不均勻性的影響，因而太陽能的熱利用具有顯著的間斷性和不均勻性，導(dǎo)致吸熱器受到反復(fù)高溫差的熱沖擊循環(huán)而承受高熱應(yīng)力并引起吸熱器的彎曲變形及失效。 本文以太陽能高溫?zé)徂D(zhuǎn)換及利用為應(yīng)用背景，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用過程中對太陽能高效低成本利用技術(shù)的發(fā)展需求，對太陽能熱動力發(fā)電站中的太陽光線聚集與傳輸、能量的吸收與轉(zhuǎn)換以及吸熱器的可靠性等關(guān)鍵核心技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ)問題展開研究。主要研究內(nèi)容包括以下四個方面。 1．采用直接熱流密度場實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)對搭建在哈爾濱工業(yè)大學(xué)的雙軸跟蹤多碟聚光系統(tǒng)焦平面處熱流密度場進(jìn)行測量；并編制了基于蒙特卡洛法的求解太陽能輻射聚集傳輸問題的計算源代碼，將實(shí)驗(yàn)測量得到的多碟聚光系統(tǒng)焦平面處無量綱熱流密度場與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比研究，找出數(shù)值模擬的最佳參數(shù)組合；研究了多碟聚光系統(tǒng)的反射鏡數(shù)目及鏡面反射率的變化對焦平面處的熱流密度場分布的影響。 2．在分析半球形腔體式太陽能吸熱器聚集輻射分布特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合太陽能光學(xué)窗口的折射而重新分配聚集輻射熱流的作用，本文提出了含有上凸式光學(xué)窗口的腔體式太陽能吸熱器，分析了等效誤差、光學(xué)窗口特征參數(shù)及壁面吸收率對含有上凸式光學(xué)窗口半球形腔體式太陽能吸熱器壁面熱流密度場分布的影響；并對含有上凸式光學(xué)窗口的腔體式太陽能吸熱器的熱效率特性進(jìn)行了研究；從吸熱器光學(xué)效率的角度對平頂錐形腔體式太陽能吸熱器展開研究，分析了吸熱器開口半徑和單碟聚光系統(tǒng)的相對光孔對平頂錐形腔體式太陽能吸熱器的輻射傳輸特性的影響。 3．為了解決平頂錐形腔體式太陽能吸熱器底面處金屬管盤繞過程中無法布滿整個底面而降低吸熱器光學(xué)效率的問題，本文提出了兩種新型底面凸起腔體式太陽能吸熱器以達(dá)到提高吸熱器光學(xué)效率的目的；并分析了底面凸起無量綱高度、壁面吸收率、指向誤差和焦面位置誤差等參數(shù)對底面凸起腔體式太陽能吸熱器光學(xué)效率提高的影響。 4．采用蒙特卡洛法與有限單元法相結(jié)合的計算方法對管式太陽能吸熱器進(jìn)行了溫度場、熱應(yīng)力場及應(yīng)變場的研究，并將蒙特卡洛法與有限單元法相結(jié)合的計算結(jié)果與簡化熱流密度場邊界條件下的計算結(jié)果進(jìn)行對比研究。鑒于墨西哥國立大學(xué)太陽能熱利用電站采用銅管式太陽能吸熱器替代不銹鋼管式太陽能吸熱器來解決在實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行中發(fā)生的吸熱器彎曲變形問題，本文研究了不同材料對管式太陽能吸熱器的熱應(yīng)力場及應(yīng)變場的影響。為了降低管式太陽能吸熱器的熱應(yīng)力和總應(yīng)變，本文提出了一種偏心管式太陽能吸熱器，并研究了偏心角及偏心率對偏心管式太陽能吸熱器的熱應(yīng)力場及應(yīng)變場的影響。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM615;TK513
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文流密度傳感器間距相對小一些，高溫?zé)崃髅芏葌鞲衖n 等設(shè)計的 HFM 實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)最主要的優(yōu)點(diǎn)是響無需額外的水冷系統(tǒng)等。2002 年，Ballestrin 等將 HS CRS 塔式太陽能熱發(fā)電站中，并測得了腔體式太分布，其測量裝置如圖 1 2 所示[47, 48]。密度場測量過程中，由于熱流密度傳感器的工作溫降低測量不確定性等因素嚴(yán)重的限制了直接熱流密度言，作者還沒有發(fā)現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)報道中國的科研機(jī)構(gòu)系統(tǒng)焦平面處的熱流密度場進(jìn)行測量和研究。

精度：優(yōu)于5%圖2 3高溫?zé)崃髅芏葌鞲衅髋c安裝臺架和冷凝機(jī)連接實(shí)物圖Fig.2 3 Photograph of high temperature heat flux sensor connected with installation bench andcooling machine安裝臺架熱流密度傳感器冷凝機(jī)

30圖2 4太陽輻照度傳感器及DaqPRO數(shù)據(jù)采集器Fig.2 4 Photograph of solar irradiance measurement sensor and DaqPRO data collector

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2800104