太阳能多孔介质空气吸热器传热特性研究

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1、硕士学位论文太阳能多孔介质空气吸热器传热特性研究HEATTRANSFERCHARACTERISTICSRESEARCHONSOLARAIRPOROUSMEDIA王雨晴哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TK224.1学校代码：10213国际图书分类号：621.18密级：公开工学硕士学位论文太阳能多孔介质空气吸热器传热特性研究硕士研究生：王雨晴导师：齐宏教授申请学位：工学硕士学科：工程热物理所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK1

2、24U.D.C:621.1.016.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringHEATTRANSFERCHARACTERISTICSRESEARCHONSOLARAIRPOROUSMEDIACandidate：WangYuqingSupervisor：Prof.QihongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EngineeringThermophysicsAffiliation：Schoolof

3、EnergyScience&Eng.DateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要根据对太阳能热发电高效率、低成本的迫切需求，结合能源利用与热科学研究的发展趋势，本文开展多孔介质空气吸热器热科学关键基础问题研究。目前，空气吸热器在使用过程中经常出现热斑并且损坏，主要原因是太阳能聚集形成高密度、非均匀辐射能流，使吸热材料产生强烈的热应力与热冲击。所以研发高吸热率、高传热效率、高可靠性、低成本空气

4、吸热器已成为工程技术的关键部分。多孔陶瓷介质具有吸热传热性好、耐高温、孔隙率高、质量轻、传热性能好等特点，是理想的吸热材料，因此，目前太阳能吸热装置多采用多孔陶瓷介质来做吸热材料，同时，由于空气容易获得且易于控制，所以采用空气作为传热流体。目前由于太阳能吸热器的入口热流分布不均匀，流体流动不稳定会容易引起局部高温，对吸热器性能影响较大。所以本文选用碳化硅作为传热介质，建立多孔介质吸热器内部流动模型和气固两相换热模型，利用COMSOL软件模拟研究了多孔介质吸热器内部传热传质特性，分析了影响吸热器温度分布的各种因素。

5、论文主要包括以下两个方面研究：(1)单层均匀多孔介质吸热器内传热特性研究，重点分析介质孔隙密度、孔隙率、入口进气速度、以及边界热流密度对固相和气相两相温度分布的影响。结果表明：多孔介质孔隙密度、孔隙率、入口进气速度、以及边界热流密度对固相和气相两相温度分布的影响较大，对分析太阳能吸热器热性能分析提供参考。(2)新型双层泡沫陶瓷介质在太阳能多孔介质吸热器中传热特性研究。采用与单层多孔介质类似的方法，建立两层多孔介质的非局域平衡热方程和两相能量方程，模拟了两层不同孔隙率和孔隙密度的大小配置对整体温度分布和进出口温度分

6、布的影响，并得到使其出口气体温度变高的增强换热的设计方案。结果表明：两层多孔介质不同孔隙率和孔隙密度的大小配置对整体温度分布和进出口的温度分布的影响较大，第一层多孔介质的厚度对整个模型模拟的结果有较大的影响。关键词：多孔介质；太阳能；空气吸热器；传热特性IAbstractAbstractAccordingtotheurgentneedofhighefficiency,lowcostofthesolarthermalpowergeneration,andcombiningthedevelopingtrendofen

7、ergyuseandthermalscienceresearch,thekeybasicproblemofporousairheatabsorberthermalsciencehasbeenstudied.Hotspotsanddamagesoftenappearintheprocessofusingtheairreceiver.Themainreasonisthatsolarenergyisgatheredtoformhighdensity,non-uniformflowofradiantenergy,whic

8、hmakestheheatabsorbingmaterialsproducestrongthermalstressandthermalshock.Sothedevelopmentofhighabsorptionrate,highheattransferefficiency,highreliability,lowcostofairreceiverhavebecomeakey