一侧全开式圆柱形腔式吸热器热损失特性实验

通过建立腔式吸热器热损失性能测试实验台,采用电加热的方法,分别在所有壁面加热和只有底面(开口对面)加热2种情况下,探讨倾角和热流密度等参数对一侧全开式圆柱形腔式吸热器热损失的影响,获得自然对流热损失的努塞尔特数Nuc和辐射热损失的努塞尔特数Nur分别与格拉晓夫数Gr、倾角φ、自然对流热损失的热流密度qc或辐射热损失的热流密度qr的实验关联式。结果表明,输入功率不变时,吸热器的自然对流热损失随着φ的增大而减小,导热损失和辐射热损失随φ的增大而增大,但增大的幅度不大;当qc一定时,Nuc随φ的增大而减小,而当qr一定时,φ对Nur的影响很小;并且2种加热情况下的热损失性能存在一定的差异,加热位置对辐射热损失的影响要比对自然对流热损失的影响小。     

吸热过程光-热耦合特性及复杂非稳态传热机理研究

太阳能热发电是太阳能的高品位利用方式,吸热器是太阳能热发电系统中用于聚光太阳辐射能与热能转换的核心部件。根据聚光器类型、传热介质、运行压力和温度的不同,吸热器主要有真空管式和腔体式两种类型。该课题针对极端条件(时空分布随机变化的高温、高热流密度),以提高吸热器吸热效率为目的,研究吸热器内辐射-导热-对流耦合的传热机理,构建设计各类吸热器需要遵循的理论架构,设计新型高效稳定的吸热器。该课题的研究对太阳能热发电的规模化进程具有非常重要的意义。实现了基于蒙特卡罗光线追踪法的自编数值模拟程序,获得了槽式、塔式和碟式吸热器吸热面上的聚焦太阳能流分布,实现了蒙特卡罗光线追踪法和用于求解流动传热问题的有限容积法的耦合,研究了太阳辐射由镜场到吸热器的一体化传播过程。研究了槽式太阳能吸热器内的流动换热特性,建立了槽式DSG集热器的稳态传热计算模型和动态模型,开发了两类管内强化传热技术;基于DSMC方法建立真空管空气夹层内稀薄气体传热模型;耦合管内对流传热、管壁导热、真空夹层稀薄气体传热及辐射传热、管外对流传热及辐射传热,可望建立真空管吸热器的跨尺度传热模型的数值预测方法。建立了腔式水工质吸热器和腔式熔融盐吸热器吸热性能的数学模型,获取了吸热器内部热流密度和吸热管道温度的分布规律以及吸热器的热损失。结合腔式吸热器热性能的数学模型,提出了由吸热器所需净能量推算吸热器开口所需太阳光能量的计算模型,发展了腔式吸热器启动过程性能模拟的数学模型,获得了吸热器启动过程开口所需能量数据曲线,吸热器启动过程的效率曲线和热损失曲线。研究了高温高压下空气吸热器内复杂耦合换热机理,分析了安装倾角、入口工质温度与质量流量等重要参数对有压腔式吸热器换热性能的影响;运用十四面体模型模拟多孔材料的内部结构,研究了多孔吸热结构内的对流传热特性。设计了搭建了太阳能空气吸热器实验平台,采用氙灯阵列模拟太阳辐射,多孔吸热材料表面可接受的辐射功率范围可达10 k W,热流密度可达2×106 W/m2;设计搭建了槽式DSG太阳能热发电实验研究系统,设计压力10 MPa、温度400°C,利用该实验系统除了对槽式DSG热发电系统进行试验研究外,还能对槽式热发电的集热器、聚光器的性能进行测试。     

碟式聚光太阳能热发电系统用腔式吸热器热性能分析

对集热系统中的平顶锥形腔式吸热器进行热性能分析及实验研究．计算给出了在各种温度下各项热损失所占的比重及吸热器的总体热效率、实验得出了加热功率与腔式吸热器热效率的关系，表明平顶锥形腔式吸热器具有较好的热性能。     

多孔介质方腔内空气热磁对流的数值模拟

数值分析了微重力环境下圆形载流线圈绕X轴倾斜时多孔介质方腔内空气热磁对流。方腔左侧垂直壁面等温加热、右侧垂直壁面等温冷却,其它壁面绝热。控制方程基本变量采用控制容积法离散,求解采用SIMPLE算法。计算过程中Ra数变化范围为10 4～10 5,线圈倾斜角xeuler的变化范围为0°～90°,磁场力数γ变化范围为0～200、Da数变化范围为5×10 -4～5×10 -3。计算结果表明随着γ数、Ra数和Da数的增加,多孔介质方腔内对流变得越来越强。线圈倾斜角xeuler从0°到90°变化时,对流结果关于xeluer=45°呈现对称关系。     

塔式太阳能热发电吸热器技术研究进展

近年来,塔式太阳能热发电技术得到了迅猛发展,大量实验和运行数据充分证明了其技术可行性和商业应用前景.文中较系统的回顾了塔式太阳能热发电系统吸热器技术的发展历程及现状,对应用较为广泛的熔盐吸热器、空气吸热器及水/蒸汽吸热器作了详细的分析,并展望了我国开展塔武太阳能热发电应用研究的发展方向.     

一个高度角循环周期中异型腔式吸热器热损失规律数值模拟

温度影响吸热器保温内气体空气物性参数,基于HOTTEL辐射模型和三维数值模拟方法,研究了某地区一个高度角循环周期中自然对流情况下38 k碟式太阳能斯特林热机异型吸热器的热损失变化规律,得到了异型吸热器的温度场云图、对流和辐射热损失的平均努塞尔数以及热损失各项所占比例.结果表明：在一个高度角循环周期中,在不同的时间点,各项热损失所占的比例不一样,对流热损失先减小后增大,辐射热损失和导热热损失较小,且对流热损失的变化比较明显,其余的变化较小;高度角对Nuc的影响较大,Nuc随着高度角变大,先减小后增大;高度角对Nuc的影响较小,其变化只在一个很小的范围内波动;在任何情况下热损失中,对流热损失大于辐射热损失,辐射热损失大于导热损失.     

倾斜单管和管排自然对流换热的实验研究

对倾斜单管和倾斜管排的自然对流换热进行了实验研究。试验管的外径为40毫米,长800毫米。试验在恒热流条件下进行,R_(αL)的范围是5×10~8～3×10~9,倾斜角度为θ=0°(水平放置),15°,30°和45°。对于倾斜管排,在每一倾斜角下进行了七种s/d的试验。根据实验结果,拟合了适用于倾斜角度为0°～45°、流动状态为紊流时的倾斜单管的自然对流换热通用准则关系式,填补了现有实验数据的空白。试验还揭示了不同倾斜角度下倾斜管排中各管的N_(u_L)随s/d的变化规律。试验发现,尽管倾斜单管的换热总比相应条件下水平单管差,但是在θ不太大时,倾斜管排的平均换热系数不仅不比水平管排低,而且可高出5～6%。因此,就工程实用来说,当换热器的水平尺寸受限制时,将自然对流换热管排布置成倾斜的方式是可取的。此时,从工程实用的观点,倾斜管排的换热完全可按相同条件下的水平管排的公式计算。用Mach-Zehnder干涉仅获得了流场显示图像,对合理的解释试验结果及进一步建立理论模型提供了依据。     

基于超临界CO_2布雷顿循环的塔式太阳能集热发电系统

为了提高太阳能热发电系统的性能,建立了以熔融盐为传热介质、再压缩式超临界CO2布雷顿(SCO2)循环为动力循环的塔式太阳能集热发电系统的分析模型,分析了定日镜、腔式吸热器、再压缩式SCO2发电系统3个子系统的性能,并研究了太阳辐射强度和采用不同底循环的SCO2发电系统对整个电站性能的影响,最后对采用不同类型的蒸汽动力循环和SCO2循环为动力子系统的5种塔式太阳能集热发电系统进行了对比。结果显示:吸热器的能量损失率最小,但损失率最大;随着太阳辐射强度增大,吸热器和整个电站的热效率和效率均增大;采用有机朗肯循环和跨临CO2(TCO2)循环作为底循环对SCO2发电系统进行余热回收,可提高整个电站的热效率,并且SCO2-TCO2循环具有更高的热效率;相同条件下,不同的SCO2循环均比蒸汽动力循环具有更高的热效率和效率,其中基于SCO2-TCO2的塔式太阳能电站热效率最高。     

H3O[Zn（Phen）3]2[PMo2^（Ⅴ）Mo10^（Ⅳ）O40]的合成与晶体结构

利用中温水热技术合成了Keggin型结构钼磷多金属氧酸盐H3O[Zn(phen)3]2[PMo(Ⅴ)2Mo(Ⅵ)10O40],并测定了其晶体结构.该化合物属于单斜晶系;C2/c空间群,晶胞参数a=1.980 2(4) nm,b=1.813 4(4) nm,c=2.508 5(5) nm,α=90.00°,β=100.44(3)0°,γ=90.00°,V=8.860(3) nm3,Z=4,R1=0.044 2,wR2=0.140 3.     

方形柱体外侧自然对流换热的干涉仪研究

本文用Mach-Zehnder干涉仪对置于空气中水平方形柱体的大空间自然对流换热进行了系统的实验研究.得到了柱体底面与水平线成各种倾角下的温度场;整理了不同倾角下平均Nu数随Ra数变化的关系式;分析了底面倾角对整体换热影响的机理,得出了倾角等于45°时换热最强的结论;分析了不同倾角下局部Nu数沿壁面变化的原因,尖角对换热的影响.并对自然对流流动分离进行了探讨,认为方形柱体在各种倾角下,Ra数超过一定值时,均会产生流动分离,分离的可能性随Ra数的增高而加大.     

部分开口空腔内自然对流传热的数值研究

本文描述具有部分开口的方形空腔内的非稳态及稳态的二维层流自然对流传热的数值分析结果。方形空腔由两个水平绝热壁、一个竖直加热壁而另一个竖直壁为冷壁但具有变化的开口度组成。数值结果覆盖了雷利数Rα=10~3～10~6及开口度Y_0=0.0～1.0。结果表明开口度对空腔内的自然对流流动与传热有显著的影响,且影响的程度随雷利数改变而变化。     

复杂矩形封闭空腔中自然对流换热的数值研究

复杂矩形封闭空腔中自然对流换热在工程上有着广泛的应用,诸如太阳能集热器,建筑物隔热,火焰及烟雾扩散等。本文对图2所示复杂矩形封闭空腔中自然对流换热(Ra=10~4～10~7)进行了数值研究。本文基於TEFESS 通用程序,用SIMPLE 算法和上风格式,并选取合适的初始场和松弛因子得到了形状比为1/2、几种空隙比下流场和温度场的收敛解,以及热壁上局部和平均努谢尔特数与雷莱数及空隙比的关系式。结果表明采用隔板后传热有所削弱,且隔板越厚和离热壁越远则传热效果越差。文中所得结论,不仅明确了中等雷莱数区和边界层区中有着不同的传热特性,而且对太阳能集热器,建筑物空调和隔热保温的设计都有参考价值。     

用格子Boltzmann研究多孔介质内的自然对流换热问题

用格子Boltzmann方法研究了方腔内二维多孔介质由于不均匀温度分布产生的浮力效应而引起的自然对流传热问题.通过数值模拟得到了多孔介质内流体的流场和温度场.详细讨论了孔隙度对自然对流传热的影响,并对孔隙度变化情况下的自然对流传热问题也进行了探讨.研究结果表明,在孔隙度恒定,且Da数比较小(≤10-6)的情况下,当Ra数较低时,孔隙度对自然对流传热的影响很小,当Ra数足够大时需要考虑孔隙度变化的影响;而在Da数较大(≥10-2)情况下,孔隙度对自然对流传热的影响非常明显.在孔隙度线性变化情况下,中间孔隙度c对自然对流传热有一定的影响,且对流与传热随着c的增大而变得剧烈.     

超临界混合流体自然对流的三维数值模拟

针对三维矩形腔体中超临界氮氩混合流体的Rayleigh-Bénard对流进行了数值模拟,研究了活塞效应、Soret效应和Dufour效应在自然对流发生发展过程中所产生的影响.结果显示:3种效应作用下自然对流可分为稳定边界层、对流产生和发展、稳定对流3个阶段.活塞效应在稳定热边界层时期发挥主导作用并促进对流发生,形成双热边界层结构.受温度梯度驱动Soret效应引起组分定向迁移,产生Dufour效应促进能量输运.与拟纯流体对比后发现,自然对流发展阶段混合流体中Soret和Dufour效应具有促进流动增强换热的效果.     

封闭空间电缆群散热的数值模拟

首次用组合坐标法对小空间自然对流换热问题进行数值模拟,并将封闭空间电缆群散热情况数值模拟的结果与实验结果比较,在所比较的工况点上,计算值与实验值相差小于５％。结果表明,组合坐标法在处理复杂封闭空间域的自然对流换热问题上,比起采用单一坐标具有更高精度。     

有凸出离散热源封闭空腔内耦合自然对流换热

建立了一侧竖壁等温冷却、另一侧竖壁均匀分布五个凸出热源的二维封闭空腹的自然对流换热的数学模型,对不同高度比下的层流自然对流换热进行了数值分析,空腔高宽比范围为：3.0≤A≤12.22,RaH为10^7,Pr数取30。计算结果表明,与平面热的情形相比,凸出热源的整体换热效果较好。当高宽比A较大时,空腹内出现的多个二次流强化了传热;A减小时,由于二次流的减弱和消失,换热效果下降,最后根据计算结果整理出了空腔内的传热关联式。     

高宽比对竖壁冷却离散加热的二维空腔内自然对流的影响

采用SIMPLE算法数值值分析了高宽比对一 侧竖壁等温冷却，另一侧竖壁均匀分布5个离散热源的空腔内高Pr数流体自然对流流动和传热的影响。发现H/W=12.22时出现的多个二次流强化了传热，其整体传热效果最好；H/W减小时由于二次流的减弱和消失，传热急剧下降，并在H/W=7.35时达最小值；H/W继续减小时，由于对流的展开和加剧使传热得到某种程度的增强，在H/W=3.67时达到稳定，在这之后H/W的减小对传热不再产生显著的影响，另外，根据数值值计算的结果还整理出包含高宽比影响的综合关系式。     

均匀电场对池沸腾换热的影响分析

对均匀高压电场作用下平板池沸腾换热的强化效果进行了试验研究,发现在较低过热度的范围内电场对换热有明显的强化效果.场强越高,相同过热度对应的换热系数越高.在相同的场强下,强化系数随着热流密度的增加而减少.结合试验结果对电场强化沸腾换热的机制进行了分析.在热流密度较小的范围内,对流换热占主导地位,电场强化对流换热使壁面过热度大大下降,导致相应过热度下汽泡的平衡半径提高,因此,抑制了核态沸腾.随着热流密度的提高,汽泡的产生和运动成为影响换热的主要因素,此时过热度的变化不是很大,在相同的过热度下,电场可以减小汽泡的临界半径,使汽泡增多.在汽泡准备区,电场会影响汽泡的核化;在汽泡成长区,电场会影响汽泡的长大、变形和脱离;在非沸腾区,电场会影响单相流体的自然对流换热.