R245fa在平板集热器内的沸腾及集热板的结构优化研究

摘要

太阳能以其无环境污染、资源丰富、取之不尽、用之不竭、处处均可开发应用等特点，日益受到人们的重视。 太阳能低温热发电系统近年来也成为国内外研究热点之一。对于低温热发电的研究大多数集中在工质选择以及实验方面。 为了进一步了解工质在管内的流动与沸腾特性，从而能更精确的预测工质状态的变化，本文建立了工质R245fa在集热器管内沸腾的物理模型，利用CFD软件模拟，并分析了热流密度以及质量流量对流体状态变化的影响。 通过对大量数据的分析，得出以下结论：首先，经过实验和数值计算的比较，结果表明实验和理论模拟基本吻合，变化趋势一致，说明采用这种数值模拟的方法来研究管内沸腾是可行的。 其次，通过分析管内温度、气体体积分数，可以看出流体温度在进口为过冷的状态下，会迅速上升，到饱和温度时则变化平缓，到沸腾后期由于蒸干现象的存在，对流换热系数迅速降低，管内蒸汽出现过热状态，再持续加热，则管内流体全部变为气体，出口为过热气体。 然后，通过比较分析，发现热流密度、质量流量以及饱和温度对流体状态变化都有很大的影响，如果饱和温度不变，要达到同样的流体出口状态时，质量流量与热流密度成正比。 平板集热器是太阳能利用中的关键环节，如何提高平板集热器的集热效果也是当前研究的重点，近年来人们对于太阳能集热板研究主要集中在吸收涂层方面，而对于集热器吸热板的结构和材料本身方面的研究则相对较少，本文重点研究分析改变集热板结构即在集热板上加上黑体空腔结构的影响以及黑腔结构的尺寸优化。 通过分析可以得出：加上黑体空腔结能够增加集热效果，增加集热量；黑腔结构尺寸比h/D等于3时集热效果最佳，此时对流换热损失也比较小。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1太阳能热发电概述

1.1.2太阳能低温热发电概述

1.2管内流动沸腾以及太阳能集热板的研究现状

1.2.1管内流动沸腾研究概述

1.2.2平板集热器研究概述

1.3本论文的主要工作

第二章数值计算方法

2.1多相流模型

2.2湍流模型简述

2.3 UDF文件的编写

2.3.1 Udf简介

2.3.2 FLUENT网格拓扑

2.3.3相变udf流程图

2.4本章小结

第三章数值计算及结果分析

3.1模型参数的设定

3.1.1物理模型的建立

3.1.2网格划分

3.1.3基本控制方程

3.1.4物性参数的设定

3.1.5边界和初始条件的设定

3.2数值计算结果和实验结果对比

3.3根据计算结果分析管内流体状况

3.4热流密度对集热器内流体状态变化的影响

3.5质量流量对集热器内流体状态变化的影响

3.6相同出口温度下充液量与热流密度的关系

3.7管内压力对流体出口温度的影响

3.8本章小结

第四章太阳能集热器结构优化

4.1平板集热器瞬时效率分析

4.2管间距对流体出口温度的影响

4.3对吸热板结构进行优化设计

4.3.1孔状结构吸热模型的建立

4.3.2孔状结构自然对流计算模型

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1主要结论

5.2下一步研究工作设想

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢