组合式太阳能热管传热的有限元分析

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1、组合式太阳能热管传热的有限元分析熊国辉（南京工业大学机械与动力工程学院，南京）摘要：对目前太阳能热发电的热管现状，了解组合式热管的开发理念，并从热管单元结构、接收器总体结构和接收器工作原理等方面做简要阐述。为了了解其传热特性，对热管内部的流动和换热过程建立数学模型，使用ANSYS热分析软件进行传热过程分析计算，通过对结果的分析观看组合式热管传热性能，是否可以适应蝶式太阳能热发电系统的运行需求。关键词：太阳能热发电；传热特性；热管单元；组合式热管；ANSYSFiniteelementanalysisofthermalstressin

2、 combinedheat pipeofthe solarthermalpowergenerationXiongguohui(CollegeofMechanicalandPowerEngineering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing)Abstract:Forthecurrentstatusofsolarthermalpowergenerationheatpipe,thenproposesacombinationtypeheatpipedevelopmentconcept.Andfrom

3、theheatpipeunitstructure,theoverallstructureandworkingprincipleofreceiverandsoonhadabrieflyaboutthem.Inordertounderstandtheheattransfercharacteristicsoftheheatpipeandhadamathematicalmodelabouttheinternalflowandheattransferprocessoftheestablishment.Inthattimetheyalsoha

4、vetheanalysissoftwareusingANSYSthermaltransferprocess.Throughtheanalysisoftheresults towatch thecombinedtypeheatpipeofthe heattransferperformance,and whethercan adapttothe operationdemandof butterflytypeforsolarthermalpowergenerationsystem.Keywords：Solarthermalpowerge

5、neration; heattransfer; heatpipeunit; combination typeheatpipe;ANSYS0引言太阳能是一种可再生的新能源，和石油、煤炭等化石燃料相比其具有普遍性、清洁无污染和永久可再生性。太阳光无处不在，分布广泛，辐射在地球的每一个地方，不需要额外的运输成本就可以直接利用。而且太阳光能传送到地球表面的能力十分大，其总量大约有100多万亿吨标煤/年。太阳能是最清洁的能源之一，基本上没有额外的污染物排放，在如今雾霾严重等恶劣环境下，这一点十分重要。相对于太阳的寿命而言，地球的生命是短暂的

6、，知道地球毁灭，太阳能也是取之不尽、用之不竭的。所以在未来的建设中我们要大力发展和利用太阳能。太阳能热发电是利用聚光器将太阳辐射能转换成热能，并通过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。太阳能热发电技术主要包括槽式、线性菲涅尔式、碟式及塔式四种。其中，槽式和塔式太阳能热发电站目前已实现了商业化运行，而碟式和线性菲涅尔式则分别处于样机示范及系统示范阶段。其中蝶式太阳能热发电系统可以实现3000以上的高汇聚比，一方面可以使太阳能接受其具有较小的吸热面积，减小了能量损失；另一方面也使接收器温度可以达到800℃以上，因此蝶式太阳

7、能热发电的效率是非常高的，最高光电转换效率可达29.4％，它是光电转换效率最高的太阳能热利用系统。系统包括聚光器、接收器、热机、支架和跟踪控制系统等部件，其中接收器的性能是影响整个系统效率的关键，而热管式太阳能接收器较直接照射式和池沸腾太阳能接收器可以将系统效率提高20％以上，因此对热管式太阳能接收器性能的研究是目前的研究热点。1组合式热管1.1组合式式热管组合式热管利用高温热管在高温高热流密度下优良的工作性能，将其作为传热元件来传递由太阳能转换成的热能。它由数根圆柱状高温热管对中均匀分布而形成一个圆筒形吸热腔，高温热管在吸热腔中

8、的部分即为热管的蒸发段，而热管冷凝段则插入套管当中，蒸发段和冷凝段由一陶瓷锥体隔开，陶瓷锥体具有漫反射的作用将入射的聚焦太阳光反射懂到热管蒸发段管壁上，高温热管在蒸发段分别由沿轴向布置的直翅片连接起来。吸热腔开口处设有陶瓷材料制成的采光孔。1.2组