太阳能v型腔体式吸收器传热特性分析与相变蓄热分析

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2、tttll~~yi]l~i;:rt2s万方数据万方数据上海交通大学硕士学位论文太阳能V型腔体式吸收器传热特性分析及相变蓄热研究摘要当前，在中高温太阳能热利用中，抛物槽式线聚焦集热器占有重要位置，已广泛应用于干燥、海水淡化、制冷、供暖等领域。在槽式聚焦太阳能系统中，分散、低密度的太阳光经抛物型反射器聚焦到位于其焦线上的吸收器上，被吸收器外表面接收并将能量传递给吸收器内部流动的工作工质，从而将光能转变为可利用的热能，因而其转换效率将直接影响整个集热系统的效率。通常应用于此集热器的吸收器有真空管式和腔体式两种。真空管式吸收器由

3、内金属圆管和外玻璃管组成，金属管和玻璃管间抽真空，由于玻璃和金属封接膨胀系数不同，长期运行容易出现真空泄漏，使用寿命较短，且生产成本较高。本文提出了一种可用于太阳能线聚焦集热器的带矩形翅片的V型腔体式吸收器，实现了低成本、高可靠性。本文根据蒙特卡洛计算原理，利用光线追迹法对其光学性能进行了模拟分析，得到腔体加热面能流密度分布曲线。为研究吸收器传热特性，根据吸收器的传热热阻网络建立了能量平衡理论计算模型；并建立了三维传热数值模型，将光学模拟结果作为热边界条件模拟研究了接收管内部工质流动传热特性。搭建了实验测试平台，以水和导

4、热油为传热工质开展了热性能实验，验证了模拟结果的准确性，以期研究结果进一步应用于实际工程中。此外，由于太阳能的不稳定性，蓄能问题是太阳能应用的薄弱环节。相变蓄热因蓄热密度大、蓄放热过程温度变化小的特点，在太阳能热利用领域受到了广泛关注。本文建立了用于分析填充多孔介质的PCM融化过程的双温度数值模型，模型中通过运用双能量方程，得出石蜡和泡沫铜各自的温度场，比较了纯石蜡与复合材料的融合情况，并研究了采用不同的金属与石蜡间的换热系数对石蜡融化过程的影响，为后续强化实I万方数据上海交通大学硕士学位论文验的开展提供合理化建议。研究

5、所得结论如下：(1)光学计算结果表明，聚焦后的太阳光线可被V型腔体连续反射后吸收，基本实现了光线无逃逸；腔体加热表面的能流分布是非均匀的，其热流分布情况受吸收器形状因素影响很大。(2)根据稳态能量平衡方程，可通过Matlab迭代计算可快速计算得到热镜、加热壁面、外壁面、保温层以及传热工质出口温度在稳态时的平均温度，实验与理论计算结果最大偏差小于8%，从而验证了此计算模型的可靠性。(3)通过三维传热数值模拟模型计算结果，对比了有无翅片的两种吸收器内传热特性，结果表明在以水为工质的对比工况(Tin=26℃,I2b=1000W

6、/m)下，加入翅片的吸收器中流体平均温度从36.4℃上升到37.6℃，同时，加热壁面的温度则从69.12℃下降到54.22℃。由于翅片增加了换热面积，增强了对流体流动的扰动作用，因而有效强化了加热面与流体间换热；且由于热量可快速传给流动工质，使得加热面的温度降低，从而可减小通过加热面向环境的对流以及辐射损失，从而减小热损失。(4)根据分析质量流量和太阳辐射量对出口温度影响表明，在实际运用中，应综合考虑流量和辐射的影响关系，以使得热量利用效率最大化。(5)相变蓄热的模拟中，通过文献的对比验证了所建立的双温度模型的准确性；对

7、比纯石蜡，加入泡沫金属，有效改善了热堆积的现象，使温度分布更均匀，强化传热效果明显，有效加快了PCM的融化速率。（6）由于石蜡相变过程吸收热量而温度基本保持恒定，在相变过程中泡沫铜和石蜡的温差达到最大，局部热不平衡显著，因而利用双温度模型可以更精准预测多孔介质内传热过程。关键词：V型腔体，光学性能，强化传热，相变蓄能，泡沫金属，双温度模型II万方数据上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTHEATTRANSFERANALYSISOFAV-CAVITYABSORBERFORLINEARPARABOLICTROUGHSOLA

8、RCOLLECTORANDTHERMALENERGYSTORAGEWITHPHASECHANGEMATERIALABSTRACTInthisstudy,aV-cavityabsorberwithrectangularfinsthatcanbeusedinthelinearparabolictroughcollecto