為了分析槽式集熱器吸熱管的熱力性能及其對集熱系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響,以LS-2型集熱器為研究對象,通過有限元數(shù)值模擬方法對槽式集熱器吸熱管進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析。結(jié)果表明:吸熱管管壁最大溫度位于出口處下端（拋物面反射鏡反射光線照射區(qū)域）,吸熱管管壁最小溫度位于入口處上端（太陽輻照直射區(qū)域）;太陽直射輻照強(qiáng)度（400～900 W/m²）越大,工質(zhì)入口溫度（50～300℃）越低,入口流速（1.0～3.5 m/s）越慢,對吸熱管的熱變形量和熱應(yīng)力影響越大。在集熱器實際運(yùn)行中,當(dāng)太陽直射輻照強(qiáng)度較高時,工質(zhì)入口溫度和入口流速不能選取太低,否則會造成吸熱管熱應(yīng)力增加,影響集熱器的使用壽命。 

【文章來源】：熱能動力工程. 2019,34(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

槽式太陽能集熱器聚光系統(tǒng)示意圖Fig．1Schematicdiagramofparabolictrough

σk、σε—湍動能和耗散率的普朗特數(shù);C1ε、C2ε、C3ε—常數(shù)。2模型驗證采用SolTrace軟件對槽式集熱器吸熱管管壁熱流密度分布進(jìn)行數(shù)值模擬計算。為驗證光學(xué)數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，參照文獻(xiàn)［15］的數(shù)值積分與文獻(xiàn)［16］的物理模型進(jìn)行建模。模擬太陽入射角為0°、太陽直射輻照強(qiáng)度(DNI)為1000W/m2、幾何聚光比Gc=20、最大邊緣角θrim=90°時，吸熱管橫截面圓周方向的局部聚光比隨圓周角的分布情況。模擬結(jié)果和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的對比如圖2所示。圖中橫坐標(biāo)所表示的圓周角與吸熱管周向角度的對應(yīng)關(guān)系為:吸熱管周向頂點(diǎn)處為0°，沿逆時針旋轉(zhuǎn)方向圓周角逐漸增大，直至再次到達(dá)頂點(diǎn)處(360°)。由圖2可知，采用SolTrace軟件基于蒙特卡羅光線追蹤法的模擬結(jié)果與文獻(xiàn)［16］結(jié)果符合較好。最小相對誤差為0．66%，最大相對誤差為3．52%，平均相對誤差為2．11%。圖2局部聚光比模擬值與文獻(xiàn)值對比Fig．2Localconcentrationratiocomparisonbetweensimulationandreference3計算結(jié)果及分析運(yùn)用SolTrace軟件模擬得到LS－2型集熱器吸熱管管壁周向熱流密度分布規(guī)律。將模擬得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行整理并編寫用戶自定義程序(UserDefinedFunction，UDF)，作為吸熱管管壁的熱邊界條件，通過有限元數(shù)值模擬方法，對槽式集熱器吸熱管進(jìn)行熱－結(jié)構(gòu)耦合分析。在模擬過程中，吸熱管內(nèi)流體工質(zhì)使用Syltherm800導(dǎo)熱油［17］。吸熱管管壁物性參數(shù)如表2所示。表2吸熱管管壁物性參數(shù)Tab．2Propertiesofreceivermaterial密度/kg·m－3熱膨脹系數(shù)/℃－1

熱能動力工程2019年圖3網(wǎng)格無關(guān)性驗證Fig．3Validationtestofgridindependence圖4為吸熱管管壁溫度分布圖。圖4(a)給出了距入口z=1m處吸熱管圓周方向溫度變化規(guī)律。由圖可知，吸熱管管壁周向溫度分布不均勻，這主要是因為周向非均勻熱流的加載，因此吸熱管周向存在較大的溫差。圖4吸熱管管壁溫度分布(℃)Fig．4Temperaturedistributionofabsorbertubewall(℃)同時，圖4(b)給出了吸熱管管壁溫度分布云圖。由圖可知，沿著工質(zhì)流動方向(z軸正方向)管壁周向溫度逐漸增大。由于吸熱管導(dǎo)熱系數(shù)較大，沿著工質(zhì)流動方向，吸熱管和管內(nèi)工質(zhì)被加熱，時間逐漸增加，所以周向平均溫度逐漸變大。吸熱管管壁最大溫度位于出口處下端(拋物面反射鏡反射光線照射區(qū)域)，最大溫度為250．481℃，吸熱管管壁最小溫度位于入口處上端(太陽直射區(qū)域)，最小溫度為200．510℃。3．2吸熱管管壁熱變形量圖5為吸熱管管壁熱變形量分布云圖。由圖5可知，沿吸熱管軸線方向，管壁中間區(qū)域熱變形最明顯，最大熱變形為23．030mm;由中間向兩端，熱變形程度逐漸變小，吸熱管兩端熱變形最小。吸熱管管壁熱變形沿軸線方向基本呈左右對稱分布。這是由于吸熱管兩端施加固定約束，軸向應(yīng)力基本相同，作用效果不顯著造成的。圖5吸熱管管壁熱變形量分布(mm)Fig．5Contourofthermaldeformationdistributionofabsorbertubewall(mm)3．3吸熱管管壁熱應(yīng)力云圖圖6為吸熱管管壁熱應(yīng)力分布云圖。由圖6可知，吸熱管入口處和出口位置處熱應(yīng)力變化梯度較大，并且在太陽輻照直射區(qū)域與拋物面反射鏡反射光線照射區(qū)域的分界位置附近熱應(yīng)力?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]槽式太陽能真空管接收器環(huán)形區(qū)域結(jié)構(gòu)及氣體優(yōu)化[J]. 張維蔚,薛奇成,聶晶,程龍,王甲斌,宋長忠.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2017(20)
[2]槽式太陽能聚光集熱器傳熱性能研究[J]. 王修彥,韓露.  動力工程學(xué)報. 2017(04)
[3]槽式太陽能直接蒸汽發(fā)電技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]. 王學(xué)軍,嚴(yán)飛,張銀龍,王堃.  熱能動力工程. 2016(03)
[4]用等效應(yīng)力法分析溫度變化對膠粘反射鏡面形的影響[J]. 李文杰,王少鑫,穆全全,楊程亮,曹召良,宣麗.  光子學(xué)報. 2015(12)
[5]太陽能高溫異型熱管熱應(yīng)力數(shù)值摸擬[J]. 曾金令,馬炎,馬婷婷,朱躍釗,楊謀存,陳海軍.  熱力發(fā)電. 2015(08)
[6]雙軸跟蹤槽式太陽能集熱器實驗研究[J]. 錢裕,朱躍釗,王銀峰,陳海軍.  熱能動力工程. 2015(04)
[7]非均勻熱流密度下太陽能吸熱管的溫度特性[J]. 崔文智,李洪香.  電源技術(shù). 2015(05)
[8]槽式太陽能集熱器真空夾層傳熱的數(shù)值模擬[J]. 唐振,孫志新,李增耀,何雅玲,陶文銓.  工程熱物理學(xué)報. 2013(06)



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