非對(duì)稱波紋管式太陽(yáng)能吸熱器傳熱及力學(xué)特性數(shù)值研究.pdf

1、太陽(yáng)能光熱利用具有無(wú)污染、零排放、不使用傳統(tǒng)化石燃料的顯著優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能光熱利用主要有槽式、塔式、碟式和線性菲涅爾式四種。在太陽(yáng)能熱利用的多種方式中，拋物槽式吸熱器是商業(yè)化最為成熟、推廣度最大的方式，但是，槽式吸熱器中的管式吸熱器在運(yùn)行的過(guò)程中，存在著熱應(yīng)變過(guò)大而導(dǎo)致玻璃罩破裂的問(wèn)題。為了降低管式吸熱器的熱應(yīng)變、提升管內(nèi)的傳熱強(qiáng)度以及吸熱器的運(yùn)行效率，本文引入非對(duì)稱波紋管作為拋物槽式太陽(yáng)能吸熱器的吸熱管。
　　本文以非對(duì)稱波紋管式太

2、陽(yáng)能吸熱器為研究對(duì)象，建立了光-熱-結(jié)構(gòu)耦合模型。首先，建立槽式太陽(yáng)能聚集系統(tǒng)的光線聚集與傳輸模型，對(duì)管式吸熱器表面的熱流分布特性進(jìn)行分析，研究結(jié)構(gòu)參數(shù)、鏡面誤差及系統(tǒng)指向誤差對(duì)非對(duì)稱波紋管式太陽(yáng)能吸熱器表面熱流分布的影響；其次，以槽式太陽(yáng)能聚集系統(tǒng)的光束聚集與傳輸過(guò)程的研究為基礎(chǔ)，結(jié)合用戶自定義函數(shù)，建立非對(duì)稱波紋管式太陽(yáng)能吸熱器的光熱耦合模型，對(duì)非對(duì)稱波紋管式太陽(yáng)能吸熱器的傳熱特性及流阻特性進(jìn)行數(shù)值研究，著重分析熱流分布、結(jié)構(gòu)參數(shù)及

3、雷諾數(shù)對(duì)非對(duì)稱波紋管式太陽(yáng)能吸熱器的傳熱和流阻的影響；再次，采用中心復(fù)合設(shè)計(jì)的方法，對(duì)非對(duì)稱波紋管式太陽(yáng)能吸熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和雷諾數(shù)進(jìn)行傳熱優(yōu)化設(shè)計(jì)；最后，建立非對(duì)稱波紋管式太陽(yáng)能吸熱器的光-熱-結(jié)構(gòu)耦合模型，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)等對(duì)非對(duì)稱波紋管式太陽(yáng)能吸熱器應(yīng)力應(yīng)變特性的影響。
　　研究結(jié)果表明，非對(duì)稱波紋管式太陽(yáng)能吸熱器具有明顯的強(qiáng)化傳熱性能及優(yōu)異的應(yīng)力應(yīng)變特性，與圓管式太陽(yáng)能吸熱器相比，其努塞爾數(shù)最多提高65.6％，此時(shí)的綜

4、合傳熱因子提高148%，最大熱應(yīng)變降低25%。增大邊緣角、焦距可分別使壁面的峰值熱流密度升高37.8%、267%，增加鏡面誤差、系統(tǒng)指向誤差使峰值熱流下降52.3%和75.0%；增大p/D可以同時(shí)提高吸熱器的傳熱性能和綜合傳熱因子，rl/D的增加在幾乎不損失吸熱器傳熱性能的同時(shí)降低阻力損失，提升整體性能，H/D的升高在除峰值附近的區(qū)間內(nèi)降低綜合傳熱因子；通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可知綜合傳熱系數(shù)η在NuA/NuS=1.92時(shí)達(dá)到最大，此時(shí)η=2.7