管式太阳能接收器内颗粒流动传热特性的数值研究

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1、硕士学位论文管式太阳能接收器内颗粒流动传热特性的数值研究NUMERICALINVESTIGATIONOFPARTICLEFLOWANDHEATTRANSFERCHARACTERISTICSINATUBESOLARRECEIVER韩冰哈尔滨工业大学2018年6月中图分类号：TK224学校代码：10213UDC：621.18密级：公开工程硕士学位论文管式太阳能接收器内颗粒流动传热特性的数值研究硕士研究生：韩冰导师：王丽副教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TK224U.

2、D.C：621.18DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALINVESTIGATIONOFPARTICLEFLOWANDHEATTRANSFERCHARACTERISTICSINATUBESOLARRECEIVERCandidate：HanBingSupervisor：A.P.WangLiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEnginee

3、ringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要太阳能作为一种清洁可再生能源，在未来的工业生产及人们的日常生活中有着广泛的应用前景。太阳能聚光热力发电(ConcentratingSolarPower,CSP)技术是一种典型的利用太阳能大规模发电的技术。几种常见的CSP系统中，塔式系统因适合在较高的温度范围内工作而具有较高的发电效率，且采用颗粒作为换热流体(HTF)有助于提高塔式CSP系统的工作温度范围。太阳能颗粒接收器的不断发展也由此成为了一种趋势。

4、本文主要针对塔式CSP系统，考虑了一种内置加热管阵列的太阳能固体颗粒接收器。与早期被提出的固体颗粒接收器(solidparticlereceiver,SPR)不同，该种接收器是近年来提出的一种新型太阳能接收装置。由于大规模进行此方面的热态实验存在一定困难，因此主要采取数值模拟的方法进行研究。当前有学者使用离散元(DEM)法计算这一过程，但该方法计算量较大。亦有学者采用开源代码进行自编程计算，此方法随适合机理研究，但不方便对太阳能接收器进行大量的优化设计。相比之下，双流体(TFM)法具有一定的优势。本文使用CFD-TFM方法，对新型的太阳能固体颗粒接收器进行了换热性能的优化设计

5、。选取4种不同形状的加热管阵列，并且使每种管形的接收器在改变颗粒入口速度的条件下进行计算。对于同种管形的接收器分析其在不同颗粒入口速度下的整体换热系数，可以得出在一定范围内随着颗粒入口速度的增大，整体换热系数不断提高，换热性能不断得到改善。通过分析相同工况下不同管形接收器的各自整体换热系数，结果表明随着颗粒入口速度的不断改变，各管形接收器的整体换热系数之间的相对大小关系也在不断变化。但是可以明显看出，随着颗粒入口速度的增大，菱形管接收器的整体换热系数的增长速度逐渐加快，最终高于另外三种管形的接收器。由此表明菱形管式接收器的整体换热性能较好。为了排除布管方式的影响，对管子之间的

6、排布间距也进行了调整，结果表明管间距不会对优化结论产生显著影响。在优化结果的基础上，继续进行辐射特性的探究。即改变菱形管式接收器内加热管壁面的温度，并分别在不同的温度下添加辐射模型，关于辐射模型文中使用了DO(DiscreteOrdinates)离散坐标模型和P1模型。对计算结果进行分析表明，随着管壁温度的提高，辐射换热占总体换热的比重不断增大。同时对于辐射模型的使用除了需要考虑光学厚度外，还需考虑具体的温度范围。关键词：塔式CSP系统；颗粒接收器；CFD-TFM；辐射换热；数值模拟IABSTRACTABSTRACTAsacleanandrenewableenergysour

7、ce,solarenergyhasawideapplicationprospectinthefutureindustrialproductionandpeople’sdailylife.ConcentratingSolarPower(CSP)isatypicaltechnologythatusessolarenergytogenerateelectricityonalargescale.AmongseveralcommonCSPsystems,theSolarPowerTowersystemhashig