抛物槽式太阳能集热管热性能及热应力研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：__________________河北工业大学硕士学位论文抛物槽式太阳能集热管热性能及热应力研究论文作者：付旭强学生类别：全日制专业学位类别：工学硕士领域名称：热能工程指导教师：王秀春职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofHereIsTheSubjectorSpecialtyYouEngageThermalPerformanceandThermalStressanalysisofParabolicTroughSolarCol

2、lectorbyFuXuqiangSupervisor:Prof.WangXiuchunDecember2016原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：2016年12月9日关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下

3、规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：2016年12月9日导师签名：日期：2016年12月9日摘要抛物槽式太阳能集热管是槽式太阳能热发电的核心部件，集热管的热性能和安全性会直接影响到整个太阳能热发电系统的效率和经济性。因此，本文利用Fluent软件和ANSYS软件分别对抛物槽式太阳能集热管的热性能以及热应力进行

4、了模拟研究，研究成果如下：（1）首先利用蒙特卡洛光线追踪的方法得到金属管外表面的热流密度分布情况，并与文献进行对比验证了热流密度分布的正确性；此外还对集热管的传热模型进行了验证，证明了模型的有效性；（2）以上文中所得到的槽式太阳能集热管表面热流密度为边界条件，建立了抛物槽式集热管在非均匀热流密度下的物理模型和数学模型，利用Fluent软件对集热管的传热与流动进行了模拟，得到了金属管、波纹管和玻璃管的温度分布，还分析了太阳辐照强度（DNI）、导热油工质温度、速度、环境温度对于槽式集热管集热效率以及热损的影响规律；此外还详细的分析了金属管、波纹管和玻璃管温度分布的规律

5、以及影响因素；（3）热损是抛物槽式太阳能集热管重要的热性能指标之一，本文搭建了抛物槽式太阳能集热管热损实验台，对某一公司的集热管进行了热损测试，同时与Fluent数值模拟得到的热损值进行了对比，误差在6%以内，对比结果较好。测试后对集热管热损与金属管温度进行了拟合，获得的集热管不同温度下热损拟合值，用于槽式太阳能热发电系统设计及运行效率计算，为槽式太阳能热发电系统设计提供重要热性能参数；此外还可以为集热管制造公司测试热损值；（4）通过Fluent软件模拟得到了抛物槽式太阳能真空集热管在非均匀热流密度边界条件下的温度场，然后将集热管的温度场导入ANSYSMechan

6、ical软件中，进行热应力模拟，得到了槽式太阳能集热管的热应力场和应变场，详细的分析了金属管、玻璃管以及波纹管的应力分布情况以及太阳辐照强度（DNI）、导热油工质温度和流速对其最大等效应力的影响规律；同时研究了导热油工质温度和流速对金属管Z向位移、轴向位移和对玻璃管轴向位移的影响规律。I通过本文的研究，为抛物槽式太阳能真空集热管结构的优化设计、安全运行提供理论参考依据。关键字：槽式太阳能集热管，热性能，数值模拟，热应力，热变形IIABSTRACTParabolictroughsolarcollectoristhekeyoftroughsolarthermalpow

7、ergeneration,whichconvertssolarenergyintoheatenergy.Thethermalperformanceandsafetyofheatpipewilldirectlyaffecttheefficiencyandeconomyoftheentiresolarthermalpowergenerationsystem.Therefore,thispaperusesFluentsoftwareandANSYSsoftwaretosimulatethethermalperformanceandthermalstressofparab

8、olict