【摘要】：隨著煤炭石油等非可再生能源的逐漸枯竭,人類所面臨的能源危機越來越嚴重,可在生能源的利用是解決能源及環(huán)境危機的一種關(guān)鍵手段,而太陽能又是一種重要的可再生能源。利用太陽能發(fā)電既能節(jié)約資源又不會破壞環(huán)境。其中塔式太陽能發(fā)電技術(shù)是一種很有前途的太陽能發(fā)電方式,容積式太陽能吸熱器是其重要部件。在學(xué)者對于單層以及雙層太陽能吸熱器研究的基礎(chǔ)上,本文中提出了有多層結(jié)構(gòu)并且填充多孔介質(zhì)的容積式太陽能吸熱器。并研究了相應(yīng)的傳熱傳質(zhì)特性,分別用Darcy-Forchheimer方程和局部非熱平衡模型描述了多孔介質(zhì)內(nèi)的流體流動和傳熱。采用Rosseland近似來描述容積式太陽能吸熱器內(nèi)的輻射換熱。利用解析法求解吸熱器內(nèi)部空氣的溫度分布,空氣的壓降以及多孔骨架的溫度分布,同時也定義了吸熱器的效率。討論了相關(guān)參數(shù)對多層吸熱器內(nèi)部傳熱特性以及性能的影響,其中主要參數(shù)包括填充的多孔介質(zhì)的孔隙率、孔徑以及吸熱器第一層的厚度。設(shè)計了多種不同孔隙率以及孔徑分布的多層太陽能吸熱器模型,其中包括孔隙率遞增或遞減,孔徑遞增或遞減,以及孔隙率或孔徑先增加后減少的設(shè)計模型。分別研究了多層吸熱器第一層的厚度比對吸熱器內(nèi)部空氣溫度和多孔骨架溫度的影響。同時對比了不同模型對應(yīng)的多孔骨架入口處溫度和熱效率,最后分析了不同模型內(nèi)部壓降的分布。結(jié)果表明,多層吸熱器第一層的參數(shù)對吸熱器整體性能有著重要的影響。對比不同的模型發(fā)現(xiàn),當(dāng)孔隙率先減小后增大時,多層吸熱器具有最佳的性能。采用遺傳算法對三層吸熱器進行多目標(biāo)優(yōu)化,優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)是吸熱器的熱效率和壓降,這兩個是評價吸熱器性能的重要指標(biāo)。結(jié)果表明,當(dāng)?shù)谝粚蛹暗谌龑拥目紫堵屎涂讖礁哂谥虚g層的孔隙率和孔徑時,吸熱器的性能可以達到最優(yōu),同時在吸熱器各層的厚度方面,采用逐漸增厚的設(shè)計有利于吸熱器的性能提高。將入射輻射設(shè)置為周期變化,在非穩(wěn)態(tài)的條件下,分析入射輻射的變化對入口處骨架溫度及出口處空氣溫度的影響。同時,研究了不同時刻單層吸熱器內(nèi)部的溫度分布。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK513.1
【圖文】：

利用解析法求解吸熱器內(nèi)部空氣的溫度分布，空氣的壓降以及多孔骨架的溫度分布，定義了多層吸熱器的熱損和熱效率。為了分析多層吸熱器厚度比以及孔隙率分布和孔徑分布對吸熱器溫度，壓降以及效率的影響，共設(shè)計了 12 種不同孔隙率、孔徑分布的模型，也研究了不同厚度比時對這些模型各方面參數(shù)的影響。2.1 多層吸熱器結(jié)構(gòu)模型如圖 2-1 所示，吸熱器為圓柱形腔體，由多層多孔陶瓷結(jié)構(gòu)構(gòu)成，吸熱器四周絕熱，太陽輻射由反射鏡反射至吸熱器入口處，由入口的多孔骨架將反射輻射吸收�？諝庾鳛楣べ|(zhì)沿 x 方向由入口進入，經(jīng)過與多孔骨架的換熱，提高自身溫度，最后從出口離開吸熱器，通往汽輪機等設(shè)備用于發(fā)電。由圖可知，每一層都有不同的孔隙率和孔徑，每一層的厚度也不同。由于骨架導(dǎo)熱系數(shù)不是本文的研究重點，所以每一層采用相同的導(dǎo)熱系數(shù)，并且鑒于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較小，在空氣的能量方程中，忽略空氣的導(dǎo)熱項

模型 D1ε1=0.9, ε2=0.7, ε3=0.9模型 E1ε1=ε2=ε3=0.7(單層吸熱器)模型 F1ε1=ε2=ε3=0.9(單層吸熱器)分布為遞增趨勢， B1為孔隙率分布為遞減趨勢，C1的少，D1為孔隙率分布為先減小后增加， E1和 F1每層的器。這六種模型每一層的孔徑都相同（d1=d2=d3=2mm度的分布證計算模型的準(zhǔn)確性，所以在求得多層吸熱器內(nèi)部空氣前提下，將三層吸熱器后兩層的參數(shù)配置設(shè)置為統(tǒng)一數(shù)層吸熱器模型進行對比，如圖 2-2 所示�？梢钥闯�，計

中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文部的溫度分布情況如圖 2-3 所示，第一層的厚度以及分布影響較大。圖 2-3 給出了模型 A1和模型 B1對應(yīng)分布，厚度比為 ξ1=0.3，ξ2=0.35，ξ3=0.35。由圖 2-3入口處附近空氣溫度提升較快，骨架溫度下降較快，器的最高溫度出現(xiàn)在吸熱器入口多孔骨架處。這是因聚焦的太陽輻射加熱，輻射采用 Rosseland 模型，由入口處被完全吸收，故多層吸熱器的最高溫度出現(xiàn)在入的增大，骨架導(dǎo)熱系數(shù)減小，有效導(dǎo)熱系數(shù)減小，氣所以當(dāng)孔隙率增大時，入口骨架溫度升高。因此模型入口的骨架溫度。

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本文編號：2801874