太阳能腔式吸热器热性能和热应力分析

【摘要】：太阳能吸热器是一种将太阳能转化为热能的装置,其热转换效率会直接影响到整个太阳能系统的效率和经济性。由于太阳能的间歇性和空间分布的不均匀性,会导致吸热器壁面产生很大的温度梯度和热应力,严重时甚至会使吸热器产生变形或破裂,影响整个太阳能系统的安全性。本文以高效安全的太阳能光热利用为背景,采用Fluent和Ansys软件,结合UDF接口技术,对腔式吸热器进行了传热性能和应力分析的数值模拟。 本文具体研究内容包括: 针对三种结构的吸热器模型(梯型(TX)、梯形挡板型(TD)、球型(QX)),研究了吸热器腔体与环境的对流和辐射热损失随模型倾斜角度的变化关系,获得了三种模型理想状态下的静态散热性能,与文献结果比较验证了本文采用模型的可靠性。 针对含光学窗口的太阳能吸热器,建立了二维非稳态传热分析模型,考虑了一天中太阳照射强度随时间变化的迁移性和焦平面处能流分布的不均匀性,研究了吸热器的动态热性能,获得了吸热器传热性能随时间和热源分布形式的变化规律。 研究了螺旋管盘绕而成的腔式吸热器的热应力分布特性,分析了在给定壁面热流、吸热管内部有恒定流量的工质的情况下,获得了吸热器的温度场和应力场的分布特性。 通过本文的研究,为腔式吸热器的结构优化设计、吸热器的动态热响应分析、吸热器热应力的减弱方法提供了数值基础和参考依据。 【关键词】：腔式吸热器 静态热性能 动态热性能 热应力
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 主要符号表8-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题背景11-15
• 1.1.1 太阳能的热利用11-15
• 1.1.2 太阳能吸热器15
• 1.2 吸热器热性能及热应力研究现状15-19
• 1.2.1 国外研究现状15-17
• 1.2.2 国内研究现状17-19
• 1.3 课题来源及主要研究内容19-20
• 1.3.1 课题来源19
• 1.3.2 主要研究内容19-20
• 第2章 计算方法与计算平台介绍20-31
• 2.1 基本方程20-22
• 2.1.1 流体动力学基本方程20-21
• 2.1.2 辐射传递方程21
• 2.1.3 热弹性力学基本方程21-22
• 2.2 数值方法简介22-25
• 2.2.1 有限元法23-24
• 2.2.2 有体积法24
• 2.2.3 两种方法比较24-25
• 2.3 计算平台介绍25-30
• 2.3.1 Fluent 简介25-29
• 2.3.2 Ansys 简介29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 太阳能腔式吸热器静态热性能研究31-42
• 3.1 算例验证31-35
• 3.1.1 封闭腔模型验证31-32
• 3.1.2 改进半球形吸热器模型验证32-35
• 3.1.3 算例验证结论35
• 3.2 数理模型35-37
• 3.3 求解方法37
• 3.3.1 Fluent 求解模型选择37
• 3.3.2 边界条件37
• 3.4 结果分析37-41
• 3.4.1 温度场模拟37-40
• 3.4.2 热损失40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 太阳能腔式吸热器动态热性能研究42-58
• 4.1 方法验证42-43
• 4.2 数理模型43-46
• 4.2.1 入射辐射强度模型44-45
• 4.2.2 对流与辐射模型45-46
• 4.3 定解条件46-47
• 4.4 结果分析47-57
• 4.4.1 温度场47-53
• 4.4.2 吸热壁面平均努塞尔数53-55
• 4.4.3 热损失及效率55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 太阳能腔式吸热器的热应力分析58-65
• 5.1 几何模型及模拟方法58-61
• 5.1.1 几何模型58-59
• 5.1.2 物理过程及模拟方法59-61
• 5.2 计算结果与分析61-63
• 5.2.1 吸热器温度场61-62
• 5.2.2 吸热器应力场62-63
• 5.3 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果72-74
• 致谢74

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

千瓦级碟式太阳能斯特林发动机的研究    王金龙

太阳能热水供应系统的经济分析    韩晶,石久胜

关于发展生物能源化解能源危机的思考    纪占武;郑文范;

抛物面式太阳能聚能系统聚光特性模拟    帅永;张晓峰;谈和平;

腔式太阳能吸热器热性能的模拟计算    方嘉宾;魏进家;董训伟;王跃社;

槽式太阳能集热器集热性能分析    肖杰;何雅玲;程泽东;陶于兵;徐荣吉;

槽式集热器吸热管外混合对流换热数值模拟    程泽东;何雅玲;陶于兵;徐荣吉;

轮胎面定日镜焦平面处热流分布的数值模拟    袁远;帅永;王雁鸣;谈和平;

石英窗口太阳能吸热腔热转换特性研究    戴贵龙;夏新林;于明跃;

太阳能热推进的研究与发展    夏广庆,毛根旺,唐金兰,何洪庆

全国主要城市冬季太阳辐射强度的研究    吴继臣;徐刚;

高温烟气中水滴非等温蒸发的数值模拟研究    金光;宋兴旺;王华;

钢筋混凝土圆截面受弯构件正截面承载力计算    张鹏梁;程华;周凌;

基于温度场的特殊结构物承载力及热学性能研究    周凌;程华;张鹏梁;

蜂窝状钢骨混凝土不对称十字形柱的非线性有限元分析    林沂祥;郑廷银;蔡万军;陈志军;

复合墙体室内温度响应研究    许建柳;

节能多孔砖墙体热工性能的数值计算及应用分析    王晓璐;黄大宇;

双层皮玻璃幕墙风口的确定    周传辉;吴银光;陈华良;

含湿多孔介质应用于建筑墙体的制冷性能分析    陈威;张爱国;刘倩;戴青;

日光温室采光与下挖深度优化设计    李霞;于贤昌;艾希珍;李清明;

地铁岛式站台火灾环境监测与控制    鲁嘉华;张志英;

汽车空调风道设计及验收方法    王利希;周健;Jimmy Tsang;潘乐燕;

黑体强化辐射传热节能新机理——加热炉再节能的新途径    李治岷;魏玉文;

太阳能空气集热器传热性能实验研究    魏琪;赵俊;

双辊带材铸轧侧封技术中熔融钢液液面宽度对侧封板所受温度场和应力场的影响    宋小伟;孙斌煜;

空气-空气能量回收装置阻力性能的数值模拟研究    栾卫涛;李永安;

直埋供热管道固定墩热桥能耗分析及节能措施    蔡明庆;刘学来;李永安;

地源热泵岩土热响应测试影响因素分析    王沣浩;颜亮;冯琛琛;王新轲;

长圆柱形果蔬冷激处理过程传热特性分析    陈爱强;杨昭;尹海蛟;张娜;

球突翅片的传热与流动特性及等效热阻数值分析    崔帅;吴学红;苟秋平;吕彦力;朱兴旺;

半球突开缝翅片的优化设计及性能评价    苟秋平;吴学红;吕彦力;朱兴旺;

载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究    李佳

光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究    张琛

有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析    王革

提高水下激光成像衬度的方法研究    孙晶华

船用燃气轮机排气引射装置性能研究    王忠义

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究    付强

熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性    左远志

电站锅炉煤粉空气富氧直接点火技术的理论及应用研究    杨建国

气动—柴油混合动力发动机工作过程研究    胡军强

折线形先张法预应力混凝土箱梁受力性能的分析    徐新瑞

河南太阳能热水器与住宅一体化设计研究    刘磊

热处理零件组织性能分布的计算机预测及其结构设计    冯媛媛

超重力燃烧合成YAG陶瓷热力学计算及过程仿真    纪文文

扁管管壳式换热器数值模拟研究    罗富强

流量周期性变化流场数值分析    刘广山

多级压气机三维流场数值模拟研究    魏国亮

强内热源多孔介质条通道流动换热实验技术研究    丁铜伟

长轴表面滚压加工装置的设计及加工过程数值模拟的研究    郝卓

多级除尘器气动性能分析    李铁军

回热器工作的热声机理    郭方中，邓晓辉

碟式集热器驱动斯特林热机系统(火用)效率分析    李亚奇;何雅玲;王巍巍;

太阳能斯特林机用新型吸热器的设计与模拟    李铁;张璟;唐大伟;

400W行波热声发电系统的实验研究    满满;吴张华;罗二仓;戴巍;

碟式聚光太阳能热发电系统用腔式吸热器热性能分析    张春平,刘志刚,赵耀华,唐大伟

1kWα型斯特林发动机的改造及性能测试    杨泰蓉;叶宏;王军;I．A．Tursunbaev;程晓舫;

碟式太阳能热发电系统吸热器传热方式的分析与比较    杨征;吴玉庭;马重芳;

碟式斯特林太阳能发电系统最新进展    刘建明;陈革;章其初;

Stirling热气机冷却器的设计与实验研究    赵耀;朱武;

碟式斯特林太阳能热发电系统的模型构建和优化研究    何坚

5kW点聚焦太阳能斯特林发电系统的性能分析    高瑶

斯特林发动机及碟式太阳能热发电系统的模拟和优化    杨征

斯特林机的优化设计及仿真研究    朱榜荣

太阳能斯特林热气机热交换系统的设计与研究    赵耀

基于斯特林技术的普冷制冷机设计研究    卢伟

熵与生物学    林传利

太阳能热发电的分析与思考    李斌,李安定

槽式太阳能热发电技术研究现状与发展    罗智慧;龙新峰;

热力学基本推论之修正    罗凌霄

中国能源总体形势与科学研究发展方向    倪维斗,江宁

太阳能利用技术与发展    赵利勇;胡明辅;杨贞妮;

抛物面式太阳能聚能系统聚光特性模拟    帅永;张晓峰;谈和平;

太阳能烟囱式热力发电技术进展    龙新峰

CO_2激光干涉检验轮胎面面形及双曲率半径    高志山,陈进榜,陈磊

空间光学系统中杂散辐射计算的蒙特卡洛方法验证    夏新林，谈和平，唐明，余其铮

关于抛物槽集热器的光学与热学的性能研究    刘毓伟

涡流腔式火花塞对汽油机燃烧过程的改善    范镜清

腔式静压轴承工况的数学模型的研究    闫绍泽，张明路，李文录，马晓玲

腔式束流位置探测器的设计与实验研究    王洪涛,戴建枰,陈永忠,赵振堂

KT-600型凸腔式油扩散泵性能改进    姜勇,尹洪禹

碟式聚光太阳能热发电系统用腔式吸热器热性能分析    张春平,刘志刚,赵耀华,唐大伟

内腔式医用微波柱状辐射器温度场的数值分析    丁荣林,熊姗姗

腔式与垫式径向静压轴承的比较    李文录;沈江;卜炎;

腔式液体静压径向轴承性能分析CAD系统的开发    姚慧;曹岩;

重力式热管腔式黑体和面黑体辐射源的研究    高魁明;谢植;张伟;单广慧;

防爆电磁阀的特殊结构    郁竟成

多纵模光泵腔式远红外激光器中的能量交换过程    张萍;张迅;丘茹曼;罗锡璋;

微波固态源扫频、稳频的计算机控制方法    王力坚;沈秀英;陈涵奎;

微带贴片天线电磁辐射特性分析的FEM/PML方法    丁卫平;徐金平;

内腔式受激Raman的脉冲压缩    丁孔贤;

内腔式Nd：YAG激光抽运KTP双谐振光学参量振荡器    鲁燕华;王卫民;彭跃峰;庞毓;张雷;崔玲玲;

电视发射机速调管的工作和维护    黄建;

老年隐蔽性自发性气胸诊疗中的护理    史培芳;黄德文;

准噶尔盆地南缘西部安集海河组中段中、上部沟鞭藻类化石的发现及其意义    师天明;周春梅;詹家祯;何卓生;

固体激光高重复率电光Q开关研究    金光勇;范薇;王超;杜强;张海波;宁国斌;梁柱;

医用双波段毫米波治疗仪    宋述显;刘东成;邓次平;

食品真空充气包装适用范围扩大    

河北又有四县成为“中国民间艺术之乡”    于俊通

多色机的上光问题    北人股份 张文钟

包装业面临新技术的抉择    

近两成塑钢门窗关不严    记者 张俊良

上光机的发展趋势    金银河

建筑节能门窗商机凸显    本报记者 刘薇

家居塑钢门窗的选择    郭萍

国内暖气片再创新技术    东兴

如何选择小型颗粒包装机    吴明

全固态拉曼激光器理论与实验研究    丁双红

高效非线性光学频率变换研究    刘兆军

基于光参量振荡和受激拉曼散射的新型固体激光器研究    白芬

内腔光参量振荡器及新波长固体激光器的研究    孙文佳

特殊结构光纤光栅理论与应用技术    颜玢玢

双波长光参量振荡器及589nm拉曼黄光激光器的研究    万学斌

基于高品质光学无源腔的新型激光吸收光谱技术研究与应用    谭中奇

被动调Q拉曼激光器的理论和实验研究    徐慧华

碟式聚光太阳能热发电系统用斯特林发动机的研制    李铁

太阳能碟式/碱金属热电转换系统中热管式吸热器对流热损失特性研究    肖兰

电子音乐中的“腔式”及其特征    彭与周

579nm外腔式拉曼激光器的数值计算及实验研究    郭家锡

内腔式固体拉曼激光器研究    程朝珣

连续内腔式拉曼激光器的研究    谭笑

外腔式光纤Fabry-Perot传感新技术研究    江建

碟式斯特林太阳能热发电系统的模型构建和优化研究    何坚

戏曲的板式变化体在现代声乐作品中的运用    廖薇

基于MgO:LiNbO_3受激散射的THz波参量振荡器的理论研究    王建卫

荆州花鼓戏音乐研究    吴靓

金银花微波干燥工艺研究及环形隧道腔式微波干燥设备的研制    朱国旺