【摘 要】
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超临界CO2布雷顿循环具有效率高、设备紧凑、系统简单等优点,将其与碟式太阳能热发电系统相结合,是太阳能热发电技术的重要发展方向。本文以碟式系统中光热转化的关键部件——超临界CO2锥形腔体吸热器为研究对象,基于数值模拟方法研究了不同结构、运行和环境参数对吸热器光热转化特性的影响。本文首先基于光线追踪方法和计算流体动力学方法建立了吸热器的光学和传热模型。利用Trace Pro对吸热器进行光学模拟,进而
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超临界CO2布雷顿循环具有效率高、设备紧凑、系统简单等优点,将其与碟式太阳能热发电系统相结合,是太阳能热发电技术的重要发展方向。本文以碟式系统中光热转化的关键部件——超临界CO2锥形腔体吸热器为研究对象,基于数值模拟方法研究了不同结构、运行和环境参数对吸热器光热转化特性的影响。本文首先基于光线追踪方法和计算流体动力学方法建立了吸热器的光学和传热模型。利用Trace Pro对吸热器进行光学模拟,进而确定吸热器壁面的热流密度分布,根据热流密度分布特点提出一种传热模型壁面分区方法,按区域给Fluent中传热模型边界赋值,从而实现光热分析的结合。在相同运行及环境参数下,分别研究了盘管内径、高宽比和锥角比对超临界CO2吸热器光热性能的影响。结果表明:高宽比为1,锥角为5°时,盘管内径的减小有利于吸热器光热性能的提高;而在盘管内径为20 mm时,吸热器的高宽比和锥角比分别为1.5和0.25时,光热转化效率达到最高,分别为75.13%和75.30%。针对给定结构参数的超临界CO2吸热器,分析了不同运行和环境参数对吸热器传热特性的影响规律。研究表明,在本文研究参数范围内,工质顺流时吸热器热性能更好;工质出口温度随进口温度和太阳直接辐照强度的增加呈线性增长;增加流量可以提高光热转换效率,但当流量超过0.04 kg/s对其影响较小;有风情况下,侧向风对于腔体吸热器热性能的影响最为显著,其次为背向风,正向风的影响最小。本文研究结果可为碟式太阳能布雷顿循环系统中超临界CO2腔体吸热器的设计与运行提供参考。
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