高温熔盐在圆管表面自然对流换热的数值研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文论文题目高温熔盐在圆管表面自然对流换热的数值研究论文作者：贾笃雨学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：热能工程指导教师：闵春华职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金No.51576059河北省自然科学基金项目No.E2014202032IDissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofThermalpowerengineeringNUMERICALSTUDYONNATURALCONVECTIONHEATTRANSFERO

2、FMOLTENSALTAROUNDCIRCULARTUBESbyJiaDuyuSupervisor:Prof.MinChunhuaDecember2016ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.51576059.andNaturalScienceFoundationofHebeiProvinceNo.E2014202032.I原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表

3、的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：2016年12月9日关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说

4、明）学位论文作者签名：日期：2016年12月9日导师签名：日期：2016年12月9日I摘要自然对流换热是在太阳能热发电系统中的高温蓄热储热熔盐罐内主要的换热方式之一。本文主要以数值模拟的手段，在二维、层流和稳态的条件下，研究包括大空间、有限空间在内的单管和管排的自然对流换热问题。通过对大空间内单管表面自然对流的研究，发现圆管壁面的平均努塞尔数随瑞利数的变化趋势与经典的Fand关联式吻合较好。在此基础上，研究了上壁面对单管上方产生热羽流的阻碍而引起发热圆管换热的变化情况，结果显示，瑞利数超过2×104时，不影响圆管表面换热状况的无量纲距离不得小于3。对于大空间内交叉排

5、列四根发热管的模拟研究，通过改变发热圆管的纵向距离和横向距离来观察最上端圆管换热的变化状况。结果表明，为保证上管的换热更加充分，无量纲横向管间距和纵向管间距都应该大于2；综合考虑，横向管间距为4纵向管间距为8时，上管的换热效果最佳。以交叉排列四根发热圆管为单元，研究了三列多排发热圆管中间列各管的换热情况，结果发现，受到热羽流速度效应和热效应的共同作用，中间列从下数第二根管的换热比其它管的换热效果更好。最后，封闭腔有限空间内顺序排列和交叉排列管径较大的四根发热圆管，研究不同瑞利数和不同管间距情况下，方腔内高温介质的流动状况和圆管的换热状况。结果表明，瑞利数越大，管间距

6、越大，熔融盐介质的流动的稳定性和温度场分布对称性越差；交叉排列时，上部发热圆管随着管间距的增大，换热效果越差，顺序排列时，上部发热圆管随着管间距的增大，换热效果越好。关键字：自然对流，热羽流，熔融盐，管间距，努塞尔数IABSTRACTNaturalconvectionheattransferisoneofaprimaryandimportantheattransferwaysinthermalenergystoragetankswhicharefullofhightemperaturemoltensaltsandusedinmanycommercialsolarth

7、ermalpowerplants.Inthispaper,bymeansofnumericalsimulation,undertheconditionoftwo-dimensional,laminarflowandsteadystate,theheattransferofsingletubeandrowoftubesarestudiedinlargespaceandlimitedspace.Fromtheinvestigationofthenaturalconvectiononthesurfaceofasingletubewithinlargespace,its