熔盐吸热管非稳态对流换热特性

实验研究了高温熔盐吸热管的非稳态对流换热特性。研究发现：加热热通量与熔盐流量变化将引起吸热管内熔盐的非稳态对流换热过程,熔盐出口温度与管壁温度变化趋势一致但变化速度较慢。熔盐进口温度越低时,熔盐黏度越大,非稳态过程进行得越慢;热通量变化量增大时,温度变化速率加大,但非稳态持续时间变化不大;熔盐流量变化的影响最为显著,熔盐流量增大时,非稳态过程显著加快。吸热管有保温层时,熔盐的非稳态对流换热特性与无保温层时基本一致,但管壁温度相对较高。     

自然对流对吸热管内熔盐对流传热的影响

以熔盐为传热工质,对考虑熔盐自然对流情况下吸热管内传热进行了数值模拟。结果表明:同一Re数,吸热管内各熔盐入口温度的下侧Nu数大于上侧Nu数,熔盐入口温度越高Nu数越小,其管内下、上侧Nu数的差值越大。随着吸热管向上角度的增加,管内下侧Nu数逐渐减小,上侧Nu数逐渐增加,但各吸热管的平均Nu数基本一致。     

外露管式熔盐吸热器动静态特性研究

以某50 MW塔式光热发电项目外露管式熔盐吸热器为研究对象,进行了建模,通过理想条件下的动静态仿真和实际气象条件下的模拟,给出吸热器特性参数的动静态响应曲线,提出了吸热器出口盐温控制的改进方法,分析了其在实际气象条件下的运行特点,总结了以下规律:吸热器表面最高温度、温度梯度、散热功率与太阳法向直射辐照度的变化基本呈正比关系;效率随太阳法向直射辐照度增大而升高但斜率逐渐减小;风速主要影响对流散热功率;太阳法向直射辐照度扰动下吸热器出口熔盐温度、表面最高温度、散热功率的过渡过程响应时间较吸热管轴向温度梯度更长,效率在瞬间突变后会重新逐渐回复到接近扰动前的水平;流量阶跃下降对吸热器性能影响更大。利用吸热器特性参数与太阳法向直射辐照度和熔盐流量三者间的定量关系可改进运行中的熔盐流量调整策略。     

半周加热横纹管内熔盐强化传热特性

半周加热太阳能吸热器管给管内对流传热系数带来影响,基于此,建立半周加热横纹管内熔盐对流传热的实验台和数值计算模型,分析横纹管槽宽、槽深对管内熔盐传热性能的影响规律,结果表明：从横纹管绝热侧到加热侧,周向管内壁温度逐渐升高,周向管内局部Nusselt数先减小后缓慢增大至稳定。横纹管凹槽处轴向管内壁温度明显低于平滑段,凹槽处轴向管内局部Nu较大,凹槽后与平滑段交界处管内局部Nu最小。横纹管槽越宽,加热侧轴向管内局部Nu越小,管内平均Nu越小,传热综合性能评价因子PEC越大。横纹管槽越深,轴向管内局部Nu越大,管内平均Nu越大,传热强化倍数Nu/Nu _ST越大。槽宽对横纹管PEC的影响比槽深明显,槽深对横纹管内Nu/Nu _ST影响比槽宽大。通过线性拟合得到半周加热横纹管内熔盐传热Nu的关联式,其计算Nu与模拟值最大偏差在±7%以内。     

扭曲管传热性能数值模拟与实验研究

为了研究扭曲管强化传热性能,通过建立模型数值模拟和实验研究相结合的方法对扭曲管及具有相同截面形状的普通椭圆管的传热性能进行了对比分析。研究了扭曲管和椭圆管管内流体努塞尔数Nu,压力降Δp和管内综合性能评价因子η随雷诺数Re的变化情况,在Re为800—2 000时,扭曲管管内Nu是普通椭圆管的2—3倍,综合传热性能是椭圆管的1.5—2倍。得出了扭曲管可以很好地加剧管内流体湍流、强化管内传热,特别适用于管内流体在低雷诺数范围内的传热,是一种十分高效的强化传热管。     

太阳能固体颗粒吸热器数值模拟研究

太阳能固体颗粒吸热器是一种利用自由下落的固体颗粒来吸收聚焦太阳辐射的吸热器。考虑了颗粒相与流场之间的相互作用以及颗粒相对辐射场的影响,基于离散相模型和DO辐射换热模型,对固体颗粒吸热器中幕状物的形态以及吸热性能进行了数值模拟,讨论了辐射强度、颗粒直径、颗粒质量流率、颗粒吸收率和颗粒初温对固体颗粒吸收器的流场和热性能的影响规律。模拟结果表明:颗粒质量流量和颗粒粒径对吸热器效率的影响明显;入射辐射强度从500 kW/m~2增加到1 500 kW/m~2时,颗粒出口温度提高,吸热器效率从46.51%逐步增加到49.74%;颗粒粒径从1 297μm减小到500μm时,吸热器效率由35.5%增加到52.1%;颗粒质量流量从1.2 kg/s增加到6.7 kg/s时,颗粒出口温度降低,吸热器效率从23.8%增加到57.6%;颗粒初温由300 K升高到900 K时,颗粒温升降低,吸热器的效率从42.2%下降到37.9%。     

高温碳酸熔盐的制备及传热蓄热性质

为满足太阳能高温传热、蓄热的要求,根据碳酸盐的相图数据,利用静态熔融的方法制备了碳酸钠-碳酸钾新型熔盐,并对熔盐添加氯化钠、氯化钾、碳酸锂等高熔点物质进行改性,采用差式扫描量热法（DSC）、重量法、电位滴定法和热循环法对混合熔盐的熔点、相变潜热、离子变化、热稳定性等热力学性质进行了表征。实验结果表明,碳酸锂改性后的碳酸熔盐熔点和相变潜热数据较氯化钠、氯化钾改性的优越,但价格较贵,不适合作为太阳能高温传热介质;价格较低的氯化钠改性后的碳酸熔盐具有熔点比二元碳酸熔盐低133℃、相变潜热增加为二元碳酸熔盐的1．9倍和在850℃以下热稳定性好的特点,是一种比较理想的高温热载体。     

内置交错螺旋扭带换热管传热特性数值模拟研究

通过数值模拟对内置交错螺旋扭带换热管的传热性能进行了计算与分析,研究结果表明:换热管的对流传热强度随着扭带偏心率的增加而提高。流动阻力损失随着扭带偏心率的增加,先增加后降低,在偏心率为0. 2时,达到最大值。随着偏心率的增加,换热管的综合传热性能在Re=1000时,持续提高;在Re=10000时,先下降后提高。由此表明,在不同流动状态下,应选择不同的扭带偏心率来提高换热管综合传热性能。     

基于CFD的深海管汇传热数值模拟研究

以深海水下管汇为对象,建立管汇在海水中的传热模型,并通过CFD软件模拟了管汇的温度分布情况。结果表明:未施加保温层的管汇整体温度较低,不能满足正常的生产要求;施加保温层后,管汇温度明显升高,支管温度梯度逐渐平缓;随着保温层厚度的增加,管汇温度不断升高,而当保温层厚度超过50mm后,整个管汇温度升高幅度变小。     

内插自振弹簧换热管流动与传热特性的数值模拟

对9种不同几何参数的内插自振弹簧换热管和光管的换热及其阻力特性进行了数值模拟。结果表明,内插自振弹簧换热管的存在增加了对流体流动的扰动,破坏了管内侧的层流层,起到了扰流的作用,提高了换热管的换热能力。内插自振弹簧换热管比光管的强化传热综合性能Nu/ξ1/3提高了1.03～3.21倍。内插自振弹簧换热管强化传热综合性能均优于光管。     

Numerical study of transient heat transfer performance for molten salt receiver tube

The heat transfer experimental system and mathematical model of receiver tube are established to analyze the transient heat transfer performance of molten salt with heat flux of outer wall sudden change, molten salt velocity sharp reduction, heat flux of outer wall and molten salt velocity sharp reduction at the same time. The results show that when the heat flow on the outer wall of the tube changes suddenly (sudden increase or decrease), the temperature of the molten salt in the center of the tube at the inlet section of the heat absorption tube changes less, but the temperature of the tube wall changes faster. When the molten salt velocity sharp reduction, the outlet temperature of molten salt and the outer wall temperature increase with time, but the difference of outer wall and inner wall temperature decreases at first and then increases, when t≥16.0 s, each temperature and temperature difference reach steady state. When the heat flux on the outer wall of the heat absorption tube and the molten salt flow rate in the tube are halved at the same time, the temperature of the molten salt in the center and the outlet of the tube rises first and then decreases with the passage of time. After the steady state, the two molten salt temperatures maintain a constant value and are compared with the transient state. The corresponding molten salt temperature is close to initial starting temperature. The difference of outer wall and inner wall temperature after transient stability is proportional to the heat flux of outer wall, but which is independent of molten salt velocity. The outlet temperature equation of molten salt in receiver tube after transient stability is obtained, which provides a theoretical basis for the outlet temperature control of molten salt in receiver during the transient heat transfer process.     

新型纵向流一体式翅片管换热性能数值模拟

为达到提高壳侧传热系数的同时又具有较低的压力损失的目的,提出了新型纵向流一体式翅片管。针对翅片与管壁夹角的变化影响传热效率的问题,根据有无翅片、翅片夹角的不同、翅片种类的不同,利用计算流体力学(CFD)软件建立了7种周期性单元流道,并对壳侧流场和传热场进行了三维数值模拟,分析了不同流速的介质在流道中的扰动、压降及温度变化。模拟结果表明,在所有的翅片管中翅片夹角为105°翅片管的换热系数最高,翅片夹角为105°翅片管换热系数约为光管的1.4—1.6倍,压降仅为横向掠过的圆形翅片管的0.018—0.15倍。翅片夹角为105°时,翅片管综合性能较优,对烟气换热器应用提出了数值保障。     

低熔点熔盐圆管内强迫对流换热

熔融盐具有使用温度高、热稳定性和传热性能好等优点,被认为是太阳能热发电系统中最有前途的传热、蓄热介质之一。通过搭建槽式太阳能熔盐集热传热实验台,进行了低熔点熔盐管内受迫对流换热实验,获得了不同熔盐流速下套管式熔盐-水传热单元的总传热系数;通过最小二乘法获得了低熔点熔盐管内充分发展紊流段对流换热Nusselt数随Reynolds数的变化曲线和实验关联式,并与经典关联式进行了对比,结果表明,实验数据和Dittus-Boelter方程、Colburn方程、Seider-Tate方程以及Gnielinski方程最大偏差分别为+23%、+13%、-10%和-20%,实验数据和经典公式符合较好。     

碳化硅泡沫陶瓷空气吸热器性能数值模拟

基于Dymola软件平台,建立了以碳化硅泡沫陶瓷为吸热体的塔式太阳能热发电用空气吸热器一维动态仿真模型。模型结合了Rosseland辐射传递方程,并考虑了空气物性随温度及压强的变化。使用Modelica语言编写程序,并由该语言对代数微分方程自动求解。通过分析仿真结果,剖析空气吸热器工作过程的传热特性,得出投入辐射能热通量、吸热体厚度、平均孔径等参数对空气、吸热体温度及系统达到稳定所需时间的影响,为该类空气吸热器的设计提供了理论依据。     

磁场对熔盐射流冲击传热的影响

以永磁铁构建定磁场,进行外加磁场作用下熔盐射流冲击传热的实验研究,并得到Nusselt数Nu驻点关联式和径向分布。结果表明,在驻点区范围内,Nusselt数较无磁场作用时增大,传热得到比较明显的增强,而在壁面射流区,这种强化传热效果逐渐减弱。此外,当Reynolds数Re一定时,熔盐Nusselt数随着磁场强度的增加而增大,且驻点处强化传热效果最为显著。在Reynolds数Re=6400与磁场强度B=2800 Gs条件下,熔盐驻点Nusselt数Nu₀提高约6％,可见磁场作用对熔盐射流冲击传热具有一定的强化效果。     

Influence of magnetic field on jet impingement heat transfer with molten salt

Experimental study of jet impingement heat transfer with molten salt under the influence of external constant magnetic field was generated by permanent magnets. Both stagnation correlation and radial distribution of Nusselt number under magnetic field were obtained. The results showed that the Nusselt number with magnetic field became higher than that without magnetic field at stagnation region and jet impingement heat transfer was comparatively enhanced, while in wall jet region, the enhancement of heat transfer was gradually weakened. In addition, when the Reynolds number was constant, the Nusselt number of molten salt increased with increasing of the intensity of magnetic field, and the most enhanced heat transfer existed at the stagnation point. Under the conditions of Reynolds number Re=6400 and the intensity of magnetic field B=2800 Gs, the stagnation Nusselt number of molten salt was about 6 % higher than that without magnetic field. It can be seen that the magnetic field may promote the jet impingement heat transfer of molten salt.