塔式太阳能熔盐吸热器的传热特性研究与设计

【摘要】随着能源危机日益严重,太阳能成为很有潜力的可再生能源。目前世界各地都积极地投入到聚光太阳能热发电系统的研究中,全球正筹建的聚光太阳能热电站的装机容量有17GW,其中中国有2.5GW。中国太阳能热发电技术尚处于起步阶段,对于外接式管式吸热器研究较少。本文对塔式太阳能热电站熔盐吸热器进行传热特性和散热损失的研究,并基于熔盐吸热器材料热应力提出了熔盐吸热器的设计方法,并以50MW熔盐吸热器为例,进行尺寸的优化设计。本文主要的工作如下：(1)分析了流体流动传热的基本理论和热力特性仿真平台Fluent的设置,并给出了熔盐吸热器传热工质熔盐物性参数数据和拟合函数。(2)对非均匀热流密度下的吸热管内侧流体熔盐流动传热特性进行了网格化建模和仿真计算,分析了熔盐和吸热管的传热特性,包括吸热管截面温度分布、内外壁和熔盐的轴向温度分布、平均传热性能和局部传热性能。在吸热管的平均传热性能研究中,通过Fluent数值模拟、Sieder-Tate经验公式、Gnielinski经验公式和文献实验计算的结果比较,Gnielinski经验公式更适合本文研究的非均匀热流密度熔盐吸热器的传热特性。(3)基于吸热器散热损失计算需要,对吸热器外侧流体空气流动传热特性进行了网格化建模和仿真计算,分析了空气和吸热器间的传热特性,计算了不同吸热器外壁温度、环境温度和风速下的空气和吸热器间的换热系数。(4)提出了熔盐吸热器的设计方法。该方法是基于吸热器材料热应力,在吸热器形制、高径比、最小壁厚和熔盐流速引起的阻力损失(熔盐泵容许扬程)等综合约束条件下,围绕吸热器热效率最优,给出了熔盐吸热器尺寸设计方法。通过仿真发现,在满足上述约束条件下,吸热管壁厚和熔盐流速对吸热器容许热流密度影响较大,吸热管内径对吸热器容许热流密度影响较小。壁厚和吸热管内径越小、熔盐流速越大的熔盐吸热器的热流密度和热效率越高。而吸热器高径比、最小壁厚和熔盐泵容许扬程限制了吸热管壁厚和熔盐流速。最后,对50MW吸热器进行优化设计,优化后吸热器热效率为86.8%,容许热流密度为519.5kW/m2,熔盐流速为2.6m/s,吸热器参数为：高度为5.9m,直径为5.2m,总面积为96.2m2,吸热器中吸热管内径为18.5mm,壁厚为1.2mm。
【作者】邹琴梅；
【导师】黄文君；
【作者基本信息】浙江大学，控制科学与工程，2014，硕士
【关键词】塔式太阳能热电站；熔盐吸热器；传热特性；热应力；热流密度；

【参考文献】
[1]李英.我国城市商业银行内部信用风险评级研究[D].山东大学,工业工程（专业学位）,2012,硕士.
[2]王金凤.NOD1、NOD2及NLRP3炎症小体在肺部疾病中的研究进展[D].兰州大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[3]王世丹.含分布式电源的配电系统无功优化技术研究[D].北京交通大学,2012.
[4]王旦旦.我国刑事简易程序若干问题研究[D].贵州民族大学,法律,2014,硕士.
[5]屈文会.城市化进程中南京农民工与城市体育融合的现状与对策研究[D].南京师范大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[6]王昕.叠层片式电感器电感稳定性研究[D].电子科技大学,电子信息与工程（专业学位）,2012,硕士.
[7]李永红.图形化农网保护定值计算和管理软件的研究[D].华北电力大学（河北）,电气工程,2004,硕士.
[8]李睿.软着陆之后[J].中国青年,2011,23:33.
[9]李志燕.人口年龄结构对人民币实际有效汇率的影响研究[D].江西财经大学,世界经济,2013,硕士.
[10]杨磊.APCVD法Nb:TiO_2薄膜制备及其光电性能研究[D].浙江大学,材料科学与工程,2014,硕士.
[11]王帅.论明清小说中的入赘婚[D].河北师范大学,中国古代文学,2014,硕士.
[12]纪海翔.基于FDTD的微波热模型分析[D].西安电子科技大学,电磁场与微波技术,2004,硕士.
[13]曹其伟.microRNA-146b-5p在弥漫大B细胞淋巴瘤患者风险评估中的意义[D].山西医科大学,病理学与病理生理学,2013,硕士.
[14]张诗洋.10kV架空绝缘导线防雷设备应用的综合研究[D].沈阳建筑大学,控制工程,2012,硕士.
[15]申权.土体阻尼测试新方法及其阻尼性能变化规律的研究[D].南昌航空大学,岩土工程,2013,硕士.
[16]潘继敏.无线光通信中信号处理技术研究[D].燕山大学,电路与系统,2004,硕士.
[17]张国斌.小鼠肠道菌群失衡与恢复重建对肠道黏膜形态及血清细胞因子的影响[D].大连医科大学,微生物学,2012,硕士.
[18]陈薇薇.PI3K/Akt/mTOR信号通路相关细胞因子在小鼠H_(22)肝癌增殖及运动与药物干预中的差异表达[D].湖南师范大学,运动人体科学,2014,硕士.
[19]乐毅.用数据挖掘实现智能入侵检测[D].安徽大学,2004.
[20]白媛媛.秘密侦查程序控制研究[D].辽宁大学,法律,2012,硕士.
[21]夏冬琴.金属裂变产物在核石墨上的吸附和扩散的理论研究[D].中国科学院研究生院（上海应用物理研究所）,2015.
[22]马全臻.我国农村药品市场监管发展研究[D].西北农林科技大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[23]杨向真,苏建徽,丁明,杜燕.微电网孤岛运行时的频率控制策略[J].电网技术,2010,01:164-168.
[24]孙梦.摄影的水墨实验[D].山东大学,设计艺术学,2013,硕士.
[25]钱绍瑚,李套山.高分辨率地震勘探在东濮凹陷的应用[J].石油地球物理勘探,1995,S1:125-129+186.
[26]吴江红,周长英,于秀丽.一种改进的关联规则挖掘算法[J].天津科技大学学报,2005,02:57-60.
[27]高静.围封对阿尔乡沙化区域生态恢复潜力研究[D].辽宁工程技术大学,环境工程,2011,硕士.
[28]王瑶.基于几何特征和支持向量机的人脸表情识别研究[D].东北师范大学,计算机软件与理论,2012,硕士.
[29]李道林.一种分、回流管系设计方法探讨[J].发电设备.1989(12)
[30]郑二红.日本“诺贝尔奖计划”的科学社会学解读[D].广西大学,科学技术哲学,2004,硕士.
[31]黎李.甘肃馆藏西夏瓷器研究[D].西北师范大学,文物与博物馆学（专业学位）,2013,硕士.
[32]张艳辉.基于仿人足球机器人视觉系统的球场特征识别[D].吉林大学,系统工程,2013,硕士.
[33]巩金龙.负载型MoO_3催化草酸二甲酯和苯酚酯交换反应合成草酸二苯酯的研究[D].天津大学,化学工艺,2004,硕士.
[34]马伟,赵琳,王庆金.人口城镇化评价体系构建及实证研究——以青岛市为例[J].生产力研究,2014,08:147-149.
[35]张东东.省域创新活动空间差异及其影响因素研究[D].天津财经大学,国民经济学,2012,硕士.
[36]黄西士,吴沧浦.精确求解一类动态规划问题的神经网络[J].控制与决策,1996,02:261-265+271.
[37]夏迎成.抗工艺变化的SRAM时序控制电路技术[D].安徽大学,集成电路设计,2014,硕士.
[38]刘维娴.托物言志 曲得其情[D].湖南师范大学,美术学,2014,硕士.
[39]岳海姗.杜甫饮食题材诗歌研究[D].沈阳师范大学,中国古代文学,2013,硕士.
[40]何家金.一种简易的液体恒流调节器[J].冶金自动化,1981,02:62-63.
[41]王成武,王月梅,杨晖.基于三维视角下的信息技术与学科教学整合观[J].吉林师范大学学报(自然科学版),2004,04:74-76.
[42]贺幸花.合同未生效期间债权人撤销权研究[D].湖南师范大学,民商法学,2014,硕士.
[43]赵争.高校大学生理论型社团的现状及发展对策研究[D].西安科技大学,思想政治教育,2013,硕士.
[44]周子元.围垦工程对福建省水资源可持续利用影响性研究[D].福建农林大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[45]彭陶春.人际意义视角下多丽丝·莱辛《金色笔记》中女性人物特征研究[D].浙江工商大学,英语语言文学,2014,硕士.
[46]刘璐.英语在中国：从中国式英语向中国英语转化[D].西南大学,英语语言文学,2012,硕士.
[47]冒朋飞.BISAP评分系统评估急性胰腺炎严重程度的临床应用价值[D].苏州大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[48]周修任.不同施肥水平对金盏菊穴盘苗根系生长及生理特性的影响[D].河南农业大学,2003.
[49]石春龙.大跨度上承式钢筋混凝土拱桥极限承载力分析[D].长安大学,桥梁与隧道工程,2014,硕士.
[50]LuzMarielaGaldamesSilva.如何国际化可以提高竞争优势？智利公司在中国开展业务的情况[D].宁波大学,MasterinBusinessAdministration（专业学位）,2014,硕士.