一种碟式太阳能斯特林发动机腔式吸热器热性能分析

发布时间：2024-01-15 18:47

　　吸热器是太阳能高温热发电的关键部件。在碟式太阳能斯特林热发电系统中，适用于中高温条件的腔式吸热器被安置在聚光器的焦点处，接收来自聚光器的高热流密度的太阳能并将其转换成热能。吸热器的热性能直接影响整个系统的效率和经济性。因此，依据腔式吸热器内部温度分布特性以及热损失特性的研究结果，对腔式吸热器进行结构优化是提高碟式太阳能斯特林热发电转换效率的有效途径。 本文以5kW碟式太阳能斯特林热发电系统的腔式吸热器为研究对象，基于自然对流换热和DO辐射换热模型对腔式吸热器的静态热性能和动态热性能进行了数值模拟研究，模型考虑了温度对空气热物性的影响和换热方式多样性所带来的热边界条件设定的复杂性。对腔式吸热器的静态热性能，研究了壁面温度、壁面发射率、倾角、形状以及开口比等参数对其热性能的影响，给出了吸热器的散热特性以及优化后的结构模型。分析结果表明，较低的内壁面温度、较低的壁面发射率、较高的倾角以及控制在8左右开口比的吸热器模型有利于减少腔式吸热器的热损失。在此基础上，本文还研究了热流边界和外界风混合对流条件对腔式吸热器热性能的影响。 针对太阳能时间分布不稳定性和空间分布不均匀性的特征，对腔式吸热器进行...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
注释表
第一章 绪论
    1.1 课题来源及意义
    1.2 碟式太阳能斯特林发动机腔式吸热器
        1.2.1 太阳能热发电系统
        1.2.2 碟式太阳能热发电系统简介
        1.2.3 腔式吸热器简介
    1.3 腔式吸热器的国内外研究现状
    1.4 本文研究内容
第二章 腔式吸热器的理论基础和计算方法
    2.1 基本假设及控制方程
    2.2 数值研究方法及计算模型
        2.2.1 数值研究方法
        2.2.2 数值研究求解过程
        2.2.3 辐射模型
    2.3 腔式吸热器的设计思路
    2.4 小结
第三章 太阳能腔式吸热器热性能验证研究
    3.1 模型验证
        3.1.1 二维改进半球形吸热器模型验证
        3.1.2 典型的三维圆柱形吸热器模型验证
    3.2 计算结果和分析
        3.2.1 温度场模拟
        3.2.2 热损失
    3.3 小结
第四章 5kW 圆柱形腔式吸热器静态热性能研究
    4.1 5kW 圆柱形腔式吸热器的模型
        4.1.1 几何模型建立及网格划分
        4.1.2 边界条件及计算模型确定
    4.2 5KW 圆柱形腔式吸热器模拟结果分析
        4.2.1 吸热器壁面条件对静态热性能的影响
        4.2.2 吸热器倾角对静态热性能的影响
        4.2.3 吸热器形状对静态热性能的影响
        4.2.4 吸热器开口比对静态热性能的影响
    4.3 结果分析
        4.3.1 对流热损失的影响因素
        4.3.2 辐射热损失的影响因素
        4.3.3 腔式吸热器的最优工作方式
    4.4 吸热器不同热流壁面条件下静态热性能分析
    4.5 吸热器在外界风条件下的静态热性能分析
        4.5.1 物理模型
        4.5.2 结果分析与讨论
        4.5.3 换热规律
    4.6 本章小结
第五章 5kW 圆柱形腔式吸热器动态热性能研究
    5.1 数理模型
        5.1.1 物理模型
        5.1.2 入射辐射强度模型
    5.2 边界条件
        5.2.1 DO 辐照模型
    5.3 结果分析
        5.3.1 入射辐射强度的影响
        5.3.2 入射辐射分布的影响
    5.4 小结
第六章 碟式太阳能斯特林发动机实验研究
    6.1 斯特林发动机的热电转换特性实验研究
        6.1.1 实验目的和内容
        6.1.2 实验平台
        6.1.3 斯特林发动机实验步骤
        6.1.4 测试结果及分析
        6.1.5 结论
    6.2 腔式吸热器热损失特性实验系统
        6.2.1 实验原理
        6.2.2 实验装置
        6.2.3 实验工况
    6.3 小结
第七章 总结与展望
    7.1 研究结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的学术成果



本文编号：3878693