吸熱器模擬文獻(xiàn)閱讀筆記

［1］許昌，劉德有，鄭源，等?一種多孔介質(zhì)太陽能吸熱器傳熱研究［J］研究與探討，2010,3:1-4.為了研究塔式太陽能多孔介質(zhì)吸熱器的傳熱傳質(zhì)特性，建立吸熱器穩(wěn)態(tài)傳熱模型，選擇適合多孔介質(zhì)太陽能吸熱器的體積對(duì)流換熱系數(shù)模型，采用數(shù)值方法求解，并分別分析孔隙密度孔隙率和入口空氣速度對(duì)溫度場(chǎng)的影響文中技術(shù)可以為同類型太陽能吸熱器的設(shè)計(jì)和改造提供參考?；诟邷乜諝釨rayton循環(huán)的太陽能熱發(fā)電具有熱力循環(huán)溫度高、發(fā)電效率高和節(jié)水等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是太陽能熱發(fā)電的有效途徑之一，具有非常好的應(yīng)用前景。其中吸熱器是完成光熱能源轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備，太陽輻射被聚集到金屬或非金屬材質(zhì)的吸熱體表面，將其加熱，空氣流過該表面時(shí)即被吸熱體加熱，空氣出口溫度可以高至800?1000G近年國內(nèi)外對(duì)吸熱器強(qiáng)化傳熱、傳熱材料等競(jìng)相開展研究和開發(fā)。由于太陽能聚光能流密度高并具有不均勻性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，造成了吸熱體材料熱應(yīng)力破壞、空氣流動(dòng)穩(wěn)定性差以及可靠性不高，這是制約Brayton循環(huán)太陽能熱發(fā)電技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程的主要瓶頸碳化硅陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)大、強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、抗熱沖擊能力強(qiáng)并且抗高溫氧化性能優(yōu)異，將其制成具有三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)特征的多孔介質(zhì)材料，有利于強(qiáng)制對(duì)流熱交換將高性能泡沫碳化硅陶瓷用于太陽能高溫空氣吸熱器的研制，有望提高現(xiàn)有吸熱器技術(shù)性能，推動(dòng)太陽能熱空氣發(fā)電技術(shù)的商用化進(jìn)程用于太陽能高溫空氣吸熱器的碳化硅陶瓷材料。本文建立碳化硅泡沫陶瓷空氣吸熱器的傳熱傳質(zhì)模型，利用已有的吸熱器傳熱體積對(duì)流換熱系數(shù)模型，采用數(shù)值方法求解吸熱器溫度場(chǎng)，并研究結(jié)構(gòu)參數(shù)與運(yùn)行參數(shù)對(duì)吸熱器溫度場(chǎng)分布的影響。1傳熱模型多孔陶瓷吸熱器的吸熱表面接受太陽的輻射能量，通過導(dǎo)熱形式在固體骨架間向內(nèi)部傳遞，而空氣穿過多孔介質(zhì)時(shí)，與多孔介質(zhì)發(fā)生強(qiáng)制對(duì)流換熱，空氣被加熱，溫度上升，同時(shí)降低多孔介質(zhì)固體骨架溫度，保護(hù)了吸熱器的安全性，其傳熱傳質(zhì)過程見圖2多孔陶瓷高溫空氣吸熱器的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)可以簡化為某一個(gè)縱截面二維模型，下面建立多孔介質(zhì)中的傳熱傳質(zhì)相關(guān)數(shù)學(xué)模型。三二三三????????????AvAv-,?????Av????三二三二二三二三三????????????AvAv-,?????Av????三二三二二圖2多？［陶瓷太陽能空氣吸熱器傳熱隹質(zhì)示意圖1.1質(zhì)量方程—>V(PV)=0其中，P為流體密度。1.2動(dòng)量方程動(dòng)量方程米用Brinkman-ForchheimerExtendedDarcy方程：Pvv 2Vt?予|v)vJ(V)?VV=-VP+口VKkI (2)式中七為流體的有效動(dòng)力粘性危為多孔介質(zhì)的滲透率，尸為Brinkman項(xiàng)修正系數(shù)，￡為多孔介質(zhì)孔隙率。動(dòng)量方程相應(yīng)的邊界條件為：{x=0:u=u0,v=0dududvdvx=l:—=—=—=—=0dxdydxdyL為吸熱器多孔介質(zhì)的厚度。1.3能量方程為了分別計(jì)算固體骨架和流過空氣的溫度，能量方程采用基于非局部熱平衡的雙方程模型，即分別建立氣相和固相的能量方程：氣相能量方程為：—?V(cPTV)=X V2T+h(T-T) (3)fff f,ef fvsf固相能量方程：X V2T-h(T-T)=0 (4)f,eff svsf式中Xf為流體的有效導(dǎo)熱系數(shù)，%”；\為流體的導(dǎo)熱系數(shù)；xsf為固體的有效導(dǎo)熱系數(shù)，yf=(1書)人；%為固體骨架的導(dǎo)熱系數(shù)；hv為流體與多孔

介質(zhì)骨架間的體積對(duì)流換熱系數(shù)，可以由下列關(guān)系式確定:hv=ff ⑸式中，hf為多孔介質(zhì)內(nèi)流體和固體骨架的表面換熱系數(shù)，af為多孔介質(zhì)的比表面積。在多孔介質(zhì)傳熱計(jì)算中hf和af模型對(duì)計(jì)算可靠性非常重要。目前學(xué)者們提出了不同的模型，主要有Hwang&Alazmi模型U3~14]、Achenbach模型[15]、Dixon&Cresswell模型[16]、D.Amiri&Vafai模型[17~18]。([13]HwangGJ,WuCC,ChaoCH.InvestigationofNon-DarcianForcedConvectioninanAsymmetricallyHeatedSinteredPorousChannel[J].JournalofHeatTransfer,1995,117(8):725-731.)([14]AlazmiB,VafaiK.AnalysisofVariantsWithinthePorousMediaTransportModels[J].JournalofHeatTransfer,2000,122(5):303-312.)([15]AchenbachE.HeatandFlowCharacteristicsofPackedBeds[J].ExperimentalThermalandFluidScience1995,10(5):17-27.)([16]DixonAG,CresswellDL.TheoreticalPredictionofActiveHeatTransferParametersinPackedBeds[J].AICHEJournal1979,25(3):663-676.)([17]AmiriA,VafaiK,KuzayTM.EffectsofBoundaryConditionsonNon-DarcianHeatTransferThroughPorousMediaandExperimentalComparisons,Numer[J].HeatTransfer,PartA,1995,27(2):651-664.)([18]AmiriA,VafaiK.AnalysisofDispersionEffectsandNon-ThermalEquilibrium,Non-Darcian,VariablePorosityIncompressibleFlowThroughPorousMedia[J].Int.J.HeatMassTransfer,1994,37(5):939-954.)不同模型各自有適用范圍，其計(jì)算結(jié)果差別非常大針對(duì)太陽能多孔介質(zhì)吸熱器，文獻(xiàn)[8~9，19]提出基于孔隙密度等參數(shù)的容積換熱系數(shù)模型:（6）（7）（8（6）（7）（8）u人fN=4.8n -1-1Re0&Re=U0dh4s24s23兀（9）（10）（11（10）（11）1.5nPPIa=35.7n1』461sf PPI式中，nPPI為多孔介質(zhì)的孔隙密度，通常用1英寸長度的孔隙數(shù)表示；s為孔隙直徑；dh為水力直徑。

E7E7——容稅換鸚系數(shù)模幫*H辟情化神□粘一L墅合雌化&In” ■ 0 05 I IS 2人口速度Jm*.T圖3容根對(duì)流換熱系數(shù)模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較獻(xiàn)［9］提出的模型與文獻(xiàn)［8］實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比見圖3,可見模型數(shù)值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果非常接近。在計(jì)算中，物性參數(shù)選擇恒定，分別為：npp/=20PPI,￡=0.76,空氣的比熱c=1180J/kgk，固體骨架的比熱c=1300J/kg*，空氣的密度p廣1.255kg/m3，固體骨架的密度"s=3100kg/m3,空氣的導(dǎo)熱系數(shù)Af=0.0259W/m?K，固體骨架的導(dǎo)熱系數(shù)Xs=100W/mK，空氣動(dòng)力黏度與=1.8199x10-5Pa?s，空氣的普朗特?cái)?shù)Pr=0.6536。能量方程的邊界條件為：x=0:T=Const,q=-人——-人 —乒f w s,effQx f,宓合xx=l:丑=0,耳=0,當(dāng)=0,耳=0

Qx QxQyQyqw為表面熱流密度。2.結(jié)果分析2.1孔隙密度對(duì)溫度場(chǎng)的影響圖4給出吸熱器厚度為20mm，表面熱流密度為1MW/m2，入口空氣流速為1m/s，孔隙率為0.6時(shí)，吸熱器在五種不同孔隙密度下的溫度分布曲線?？梢钥闯觯诓煌紫睹芏葧r(shí)，固體骨架溫度沿著厚度方向不斷降低，溫度梯度逐漸降低，吸熱表面溫度在整個(gè)吸熱體中為最高；在同一位置處，隨著孔隙密度的降低，固體骨架溫度升高，當(dāng)孔隙密度為10PPI時(shí)，吸熱面固體骨架溫度高至1304C當(dāng)孔隙率為50PPI時(shí)，吸熱表面固體骨架溫度只有991^；空氣溫度沿著吸熱器厚度方向不斷升高，而溫度梯度逐漸減小，在出口處都達(dá)到706C而同一位置的空氣溫度隨著孔隙密度的降低而減小，并且為非線性變化；在同一位置處，孔

隙密度越大，固體骨架和流過的空氣間的溫差越小，這主要是孔隙密度越大，體積對(duì)流換熱系數(shù)小的緣故。L、?L、?TSri>s'4=tHY一2.2孔隙率對(duì)溫度場(chǎng)的影響圖5給出吸熱器厚度為20mm，表面熱流密度為1MW/m2，入口空氣流速為1m/s，孔隙密度為20PPI時(shí)，吸熱器在五種不同孔隙率下的溫度分布?？梢钥闯觯诓煌紫堵蕰r(shí)，固體骨架溫度沿著厚度方向不斷降低，溫度梯度逐漸降低，吸熱表面溫度在整個(gè)吸熱體中為最高；在同一位置處，隨著孔隙率的升高，固體骨架溫度升高，當(dāng)孔隙率為0.7時(shí)，吸熱面固體骨架溫度升高至1201C當(dāng)孔隙率為0.3時(shí)，吸熱表面固體骨架溫度只有944^；空氣溫度沿著吸熱器厚度方向不斷升高，而溫度梯度則逐漸減小，在出口處都達(dá)到706C而同一位置的空氣溫度隨著孔隙率的降低而升高，并且也為非線性變化；同一位置處，孔隙率越小，固體骨架和流過的空氣間的溫差越小，這主要是孔隙率越小，體積對(duì)流換熱系數(shù)越大的緣故。IznoT」網(wǎng)—200■ 〔0 5 IQ M厚也tarn0B5不同孔隙率下的溫度分布曲線2.3氣體流速對(duì)溫度場(chǎng)的影響圖6圖6不同空氣入口流速下的溫度分布曲線丁宜#?<:■-￡*$至一圖6給出吸熱器孔隙率為0.6,厚度為20mm，表面熱流密度為1MW/m2,孔隙密度為20PPI時(shí)，吸熱器在五種不同入口流速下的溫度分布?？梢钥闯觯诓煌目諝馊肟谒俣葧r(shí)，固體骨架溫度沿著厚度方向不斷降低，溫度梯度逐漸減小，吸熱表面溫度在整個(gè)吸熱體中為最高；同一位置處，隨著入口流速的升高，固體骨架溫度降低，當(dāng)入口流速為0.8m/s時(shí)，吸熱面溫度升高至1346C當(dāng)入口流速為1.6m/s時(shí)，吸熱表面溫度只有807°C；空氣溫度沿著吸熱器厚度方向不斷升高，而溫度梯度也逐漸減小，在同一位置處，由于能量守恒，氣體流速越高，溫度越低，當(dāng)空氣入口流速為0.8m/s時(shí)，空氣出口溫度為886C，而空氣入口流速為1.6m/s時(shí)，空氣出口溫度僅為443C；在同一位置處，氣體流速越高，固體骨架和流過的空氣間的溫差越低。3結(jié)論本文建立多孔介質(zhì)太陽能吸熱器穩(wěn)態(tài)傳熱模型，選擇適合多孔介質(zhì)太陽能吸熱器的體積對(duì)流換熱系數(shù)模型，采用數(shù)值方法求解后，分別分析孔隙密度、孔隙率與入口空氣速度對(duì)溫度場(chǎng)分布的影響，得到以下結(jié)論：多孔介質(zhì)吸熱器的吸熱表面吸收太陽輻射能，熱能在固體骨架中通過熱傳導(dǎo)由表及里傳遞，同時(shí)與流過的空氣發(fā)生對(duì)流換熱，固體骨架溫度沿著厚度方向不斷降低，空氣沿著厚度方向不斷升高，而溫度梯度都逐漸變小。不同孔隙密度時(shí)，同一位置處，隨著孔隙密度的增加，固體骨架溫度降低，空氣的溫度增加，而固體骨架和流過的空氣間的溫度差減小。不同孔隙率時(shí)，同一位置處，隨著孔隙率的升高，固體骨架溫度升高，空氣溫度的溫度降低，而固體骨架和流過的空氣間的溫度差增加?？諝馊肟谒俣炔煌瑫r(shí)，同一位置處，隨著入口流速的升高，固體骨架溫度降低，空氣溫度也越低，而固體骨架和流過的空氣間的溫度差也越小。⑵許昌，劉德有，鄭源，等?多孔介質(zhì)太陽能吸熱器的非穩(wěn)態(tài)傳熱［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011,39（3）:42~51.為了研究塔式太陽能多孔介質(zhì)吸熱器的非穩(wěn)態(tài)傳熱特性，建立了該吸熱器的非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，通過最小二乘擬合提出適合該類型吸熱器多孔介質(zhì)的體積對(duì)流換熱系數(shù)模型，采用數(shù)值方法求解，分別分析典型的非穩(wěn)態(tài)無量綱溫度場(chǎng)以及平均顆粒直徑、孔隙率厚度與入口空氣速度對(duì)非穩(wěn)態(tài)無量綱溫度場(chǎng)的影響。結(jié)果表明：為了減小吸熱器的熱應(yīng)力破壞，相關(guān)參數(shù)選擇應(yīng)按照平均顆粒直徑小、孔隙率小、厚度小與入口空氣速度大的原則。［3］ 胥蕊娜，姜培學(xué).流體在微多孔介質(zhì)內(nèi)對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)研究口］?工程熱物理學(xué)報(bào)，2008,29（8）:1377~1379.本文對(duì)空氣流過燒結(jié)微多孔介質(zhì)內(nèi)部對(duì)流換熱進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了不同顆粒直徑下對(duì)流換熱努謝爾特?cái)?shù)隨流量的變化。結(jié)果表明，當(dāng)顆粒直徑為200?40pm時(shí)，實(shí)驗(yàn)得到的對(duì)流換熱努謝爾特?cái)?shù)與已有研究結(jié)果符合很好；當(dāng)顆粒直徑為20pm和10pm時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果略小于已有研究結(jié)果，說明空氣在微多孔介質(zhì)中的對(duì)流換熱需要考慮微尺度效應(yīng)的影響。同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了微多孔介質(zhì)內(nèi)對(duì)流換熱努謝爾特?cái)?shù)與雷諾數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，并提出了考慮努森數(shù)的修正關(guān)聯(lián)式。結(jié)果表明，Nusf隨顆粒直徑的減小而減小，40pm以上顆粒的換熱結(jié)果與已有研究結(jié)果符合較好，20pm以下顆粒的換熱結(jié)果小于已有研究結(jié)果，需考慮速度滑移和溫度跳躍對(duì)于換熱的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，擬合得到微多孔介質(zhì)內(nèi)固體與流體間對(duì)流換熱努謝爾特?cái)?shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。另外，在此經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式基礎(chǔ)上，給出了考慮速度滑移和溫度跳躍影響的修正。［4］ 崔福慶，何雅玲，李東，等.塔式吸熱器中輻射傳播過程的參數(shù)分析［J］工程熱物理學(xué)報(bào)，2011,32（8）:1375~1378.采用自編程的蒙特卡羅光線追跡程序模擬了太陽輻射在吸熱器中的傳播過程，計(jì)算求得了吸熱體內(nèi)的熱流密度分布情況。由隨機(jī)光子的傳播特性可知，不同的系統(tǒng)參數(shù)會(huì)對(duì)吸熱體內(nèi)輻射分布產(chǎn)生影響。根據(jù)太陽輻射在吸熱器中的傳播順序，本文依次考察了入射光傾角、多孔介質(zhì)的幾何形狀以及厚度、吸收系數(shù)與消光系數(shù)比值（〃必「以及孔隙率（￡）等因素對(duì)SiC泡沫金屬吸熱體內(nèi)吸收輻射分布的影響。計(jì)算結(jié)果表明入射光傾角和吸熱體的幾何形狀是影響吸熱體內(nèi)熱流分布均勻性的主要因素，且隨著心比值的降低和￡的增加，吸熱體內(nèi)熱流密度極值迅速減小，同時(shí)厚度方向的熱流密度梯度變緩。［5］ 魏進(jìn)家，屠楠，方嘉賓?太陽能腔式吸熱器啟動(dòng)過程性能的數(shù)值模擬［J］?工程熱物理學(xué)報(bào)，2011,32（6）:1021~1027.本文提出了由太陽能腔式吸熱器所需凈能量推算其開口所需太陽光功率的計(jì)算模型。通過給定吸熱器溫升速率，計(jì)算得到了腔式吸熱器在啟動(dòng)過程所需的凈能量。根據(jù)吸熱器所需凈能量，結(jié)合吸熱器的實(shí)際結(jié)構(gòu)和周圍的風(fēng)速條件，計(jì)算獲得了吸熱器啟動(dòng)過程開口所需功率隨時(shí)間的變化規(guī)律，并得到了啟動(dòng)過程的效率曲線和熱損失曲線，可為吸熱器的高效和安全啟動(dòng)提供理論指導(dǎo)。根據(jù)吸熱器的結(jié)構(gòu)和周圍的風(fēng)速條件，計(jì)算獲得吸熱器啟動(dòng)過程開口所需光能量的數(shù)據(jù)曲線，同時(shí)也得到了吸熱器在啟動(dòng)過程中的效率曲線和熱損失曲線，發(fā)現(xiàn)吸熱器啟動(dòng)初期，即汽包溫度小于150r，吸熱器的效率由低到高迅速增長，整個(gè)啟動(dòng)過程，對(duì)流熱損失比輻射熱損失要大一倍，是熱損失的主要影響因素。王富強(qiáng)，帥永，談和平.腔式太陽能吸熱器的熱分析[J]?工程熱物理學(xué)報(bào)，2011,32(5):843~846.采用外敷保溫層的螺旋盤管作為碟式太陽能集熱器的腔式吸熱器。利用CFD分析的方法得到了螺旋管腔式太陽能吸熱器和內(nèi)部流體的溫度場(chǎng)分布及流體的速度場(chǎng)分布。通過插值的方法，將CFD分析中得到的螺旋管腔式吸熱器模型中的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)溫度場(chǎng)導(dǎo)入到熱應(yīng)力分析模型中的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)并作為熱應(yīng)力場(chǎng)分析的輸入載荷。結(jié)果表明，在靠近吸熱器保溫層側(cè)的流體流速比靠近吸熱器內(nèi)腔側(cè)的流體流速高，靠近保溫層側(cè)的流體溫度和壁面溫度要低；在螺旋管腔式吸熱器出口處，最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在吸熱器內(nèi)腔側(cè)的螺旋管內(nèi)壁面處，切向應(yīng)力對(duì)最大等效熱應(yīng)力影響最大。因此，要提高螺旋管吸熱器的可靠性，應(yīng)先設(shè)法降低螺旋管吸熱器圓周方向的溫度梯度。劉德有，許昌，王軍，等?腔式太陽能高溫空氣吸熱器傳熱過程數(shù)值模擬[J].可再生能源，2011,29(2):7~11?本文介紹了一種應(yīng)用于塔式太陽能熱發(fā)電站的腔式高溫空氣吸熱器，建立了吸熱器內(nèi)部空氣流動(dòng)及傳熱過程模擬數(shù)學(xué)模型，并通過數(shù)值方法，模擬了吸熱器內(nèi)部的空氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)。結(jié)果得知：空氣進(jìn)入吸熱器后，沿內(nèi)壁面軸向高速流動(dòng)，隨著深度的增加，速度越來越小，到達(dá)底部時(shí)速度最?。辉趬翰畹淖饔孟?，進(jìn)入吸熱器內(nèi)部的空氣會(huì)不斷流向和沖刷針肋及壁面，而主流方向的流量不斷減少空氣通過沖刷高溫針肋及壁面不斷吸收熱量，溫度不斷升高；由于吸熱器底部空氣速度較小，對(duì)流換熱系數(shù)較小和熱流密度較大，因此該處溫度較高，是整個(gè)吸熱器的最脆弱部位；在高輻照強(qiáng)度情況下，雖然加大空氣流量可降低吸熱器壁面的溫度，但由于其對(duì)流換熱系數(shù)與空氣流速不成正比例，壁面溫度一般還會(huì)有所升高。胡國新，許偉，程惠爾?多孔介質(zhì)中高溫氣體非穩(wěn)態(tài)滲流傳熱數(shù)值計(jì)算[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2002,8(1):9~12.針對(duì)水平導(dǎo)管中填充顆粒物料層內(nèi)的高溫氣體滲流傳熱現(xiàn)象，考慮滲流與傳熱的相互作用并采用局部非平衡假設(shè)建立多孔介質(zhì)中的瞬態(tài)滲流傳熱物理數(shù)學(xué)模型。研究不同情況下填充物料中的滲流速度和氣固溫度分布。計(jì)算結(jié)果表明,高溫?zé)釟怏w對(duì)水平導(dǎo)管中移動(dòng)顆粒料層的熱滲透主要發(fā)生在滲流入口端區(qū)域，隨著滲流時(shí)間延長，熱滲透深度沿導(dǎo)管推進(jìn)。增大入口滲流速度以及減小出料速度，將導(dǎo)致物料溫度沿導(dǎo)管慢速下降，熱滲透深度擴(kuò)大，熱滲透作用區(qū)域內(nèi)的物料溫度水平提高。在熱滲透作用區(qū)域，孔隙率對(duì)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)有很大的影響。研究結(jié)果對(duì)于高溫反應(yīng)器的顆粒輸運(yùn)和給料器的設(shè)計(jì)與運(yùn)行有一定的參考作用。［9］ 杜景龍，唐大偉，李志剛.5kW太陽模擬器與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)吸熱器的輻射換熱特性研究［J］工程熱物理學(xué)報(bào)，2011,32（6）:985~988.本文以設(shè)計(jì)的5kW太陽模擬器為光源，加熱斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱器。首先以蒙特卡洛光線追跡法確定太陽模擬器與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)吸熱器間輻射熱流分布，然后將輻射熱流分布的計(jì)算結(jié)果以邊界條件形式傳遞給CFD模型，對(duì)吸熱器的溫度分布特性進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；吸熱器壁面溫度采用安捷倫數(shù)據(jù)采集儀及熱電偶溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，吸熱器壁面溫度數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值得最大誤差僅為4.7K，太陽模擬器最大輻照度可達(dá)196個(gè)太陽常數(shù)，設(shè)計(jì)的5kW太陽模擬器滿足驅(qū)動(dòng)1kW斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的工作需求。［10］ 許昌，劉德有，鄭源，等.塔式太陽能發(fā)電多孔介質(zhì)吸熱器動(dòng)態(tài)模擬［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010,30（29）:122~127.本文通過建立多孔介質(zhì)太陽能非穩(wěn)態(tài)吸熱器傳熱傳質(zhì)模型，研究孔隙率和孔隙密度對(duì)吸熱器在投入熱流密度和空氣入口流速階躍下對(duì)吸熱表面固體骨架和出口空氣溫度的影響，得出如下結(jié)論：1） 在投入熱流密度正階躍和入口流速負(fù)階躍后，吸熱表面固體骨架和出口空氣溫度都逐漸升高，而變化率都逐漸減小，溫度值逐漸趨于穩(wěn)定；2） 投入熱流密度階躍，在初始階段，同一時(shí)刻，孔隙率越大，吸熱表面固體骨架溫度變化越大，出口空氣溫度變化也越大，一段時(shí)間以后，同一時(shí)刻，孔隙率越大，吸熱表面固體骨架溫度變化率越小，但溫度變化量仍越大，出口空氣溫度變化率越小，溫度變化量也越小；3） 入口空氣流速階躍，在初始階段，同一時(shí)刻，孔隙率越大，吸熱表面固體骨架溫度變化越大，出口空氣溫度變化也越大，一段時(shí)間以后，同一時(shí)刻，孔隙率越大，吸熱表面固體骨架溫度變化率越小，溫度變化量越小，出口空氣溫度變化率越小，溫度變化量也越小；4） 投入熱流密度階躍，在初始階段，同一時(shí)刻，孔隙密度越大，吸熱表面固體骨架溫度變化越大，出口空氣溫度變化也越大，一段時(shí)間以后，同一時(shí)刻，孔隙密度越大，吸熱表面固體骨架溫度變化率越小，溫度變化量也越小，出口空氣溫度變化率越小，溫度變化量也越??；5） 入口空氣流速階躍，在初始階段，同一時(shí)刻，孔隙密度越大，吸熱表面固體骨架溫度變化越小，出口空氣溫度變化也越小，一段時(shí)間以后，同一時(shí)刻，孔隙密度越大，吸熱表面固體骨架溫度變化率越小，溫度變化量也越小，出口空氣溫度變化率越小，溫度變化量也越小。李盈海，陶文銓，孫東亮，等?金屬泡沫管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱的數(shù)值模擬[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,42(3):261~264.對(duì)空氣在金屬泡沫管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流換熱進(jìn)行了二維數(shù)值模擬。動(dòng)量方程采用Brinkman-Forchheimer擴(kuò)展達(dá)西模型，能量方程采用考慮流體和固體局部不平衡的二方程模型，并用金屬泡沫方形通道的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了程序的正確性。模擬結(jié)果表明：金屬泡沫管的努塞爾數(shù)隨孔隙率的減小或孔密度的增加而增大，且隨流體和固體導(dǎo)熱系數(shù)比值的減小而增大；金屬泡沫管的強(qiáng)化換熱效果十分明顯，但其壓降遠(yuǎn)大于光管。數(shù)值模擬結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)的結(jié)果符合較好。本文對(duì)恒熱流邊界條件下金屬泡沫管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流換熱進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了孔隙率、孔密度、導(dǎo)熱系數(shù)比和雷諾數(shù)等不同參數(shù)對(duì)流動(dòng)和換熱的影響，并將數(shù)值模擬結(jié)果與方形通道的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了程序的正確性。模擬結(jié)果表明:金屬泡沫大大減薄了邊界層，使截面速度分布十分均勻，截面溫差也很小。泡沫管的平均努塞爾數(shù)隨孔隙率的減小或孔密度的提高而增大，且隨流體和固體導(dǎo)熱系數(shù)比k/ks的減小而增大。當(dāng)捋尸0.001時(shí)，采用低孔密度的金屬泡沫既可以強(qiáng)化換熱，同時(shí)也可以大大減小壓降?？傊?，采用金屬泡沫管可以大大強(qiáng)化傳熱，但同時(shí)阻力增加很多，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)權(quán)衡其利弊進(jìn)行選擇。王建楠，李鑫，常春.太陽能塔式熱發(fā)電站熔融鹽吸熱器過熱故障的影響因素分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010,30(29):107~114.在塔式太陽能熱發(fā)電站中使用熔融鹽作為換熱工質(zhì)，有利于提高電站整體運(yùn)行效率，但高溫下運(yùn)行的吸熱器易發(fā)生過熱故障，對(duì)吸熱器的結(jié)構(gòu)與熔融鹽都會(huì)造成破壞。為了找出過熱發(fā)生的主要影響因素，利用計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬軟件，對(duì)吸熱器及換熱工質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行溫度的敏感性分析。分析結(jié)果表明，決定吸熱器圓管及內(nèi)部工質(zhì)局部溫度的變量主要有4個(gè)，分別為輻照能流極大值qmax、吸熱器圓管壁厚^、熔融鹽工質(zhì)的流速u與流體平均溫度f，并進(jìn)一步分析了這4個(gè)變量對(duì)溫度的影響趨勢(shì)及各自原因。這一結(jié)論有助于吸熱器運(yùn)行時(shí)進(jìn)行局部過熱的預(yù)測(cè)。該文還提出了將其用于判斷吸熱器過熱的方法。沈向陽，彭強(qiáng)，楊建平，等.聚光式太陽能熱發(fā)電中傳熱工質(zhì)的研究現(xiàn)狀[J].廣東化工，2011,38(8):84~85.聚光式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的傳熱工質(zhì)主要包括水/水蒸氣、空氣、導(dǎo)熱油、液態(tài)金屬和熔鹽。針對(duì)傳熱工質(zhì)的物性，提出了各傳熱工質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了傳熱工質(zhì)在太陽能熱發(fā)電中的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究情況，指出熔鹽將是未來太陽能熱發(fā)電傳熱蓄熱工質(zhì)發(fā)展的重點(diǎn)。陸建峰，丁靜，文玉良，等.聚光太陽能吸熱管的吸熱傳熱特性[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011,39(3):42~51.基于太陽能選擇性吸收涂層的輻射性能，建立聚光太陽能吸熱管光熱耦合傳輸?shù)臄?shù)理模型，理論研究聚光太陽能吸熱管的吸熱傳熱特性。研究表明，吸熱管壁溫度隨著聚光能流密度增加而線性升高，而吸熱效率在中等聚光能流密度時(shí)達(dá)最大值。太陽能選擇性吸收涂層性能對(duì)吸熱傳熱有重要影響，具有低紅外發(fā)射系數(shù)涂層的系統(tǒng)吸熱效率明顯較高，而紅外輻射能量損失率則在中等聚光能流密度時(shí)最小。管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流可以顯著提高吸熱管效能，吸熱效率隨流速增加而提高，而管壁溫度則顯著下降。［15］ 楊敏林，楊曉西，楊小平，等?吸熱管參數(shù)對(duì)熔鹽吸熱器性能的影響［J］工程熱物理學(xué)報(bào)，2010,31（5）:849~852.塔式太陽能熱發(fā)電外圓柱式熔鹽吸熱器的總體尺寸和流量一定時(shí)，其性能主要取決于吸熱管的結(jié)構(gòu)參數(shù)。利用fluent軟件，通過對(duì)不同管徑、壁厚的熔鹽吸熱管的傳熱特性的模擬分析，揭示吸熱管結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)吸熱器性能的影響規(guī)律。結(jié)果顯示，吸熱管直徑在15mm至20mm之間時(shí)，吸熱器具有較好的綜合性能；吸熱管外壁面溫度隨壁面的增加而急劇增加，導(dǎo)致吸熱器的輻射損失和對(duì)流損失增加。［16］ 戴貴龍，夏新林，孫創(chuàng).容積式吸熱器內(nèi)聚焦太陽能的傳輸特性研究［J］工程熱物理學(xué)報(bào)，2011,32（11）:1941~1944.將泡沫孔筋等效成粒子系，建立了拋物面聚光器與容積式吸熱器數(shù)理模型?；贛ie理論計(jì)算泡沫材料的散射特性，采用蒙特卡洛射線蹤跡法模擬聚集太陽光在泡沫材料內(nèi)的傳輸衰減特性。通過計(jì)算，獲得了吸熱器體積內(nèi)的太陽能流吸收分布。結(jié)果表明：吸收太陽能流集中在吸熱器底部，隨著孔隙率和孔隙直徑增加，吸熱器內(nèi)的太陽能吸收分布均勻性更好。研究結(jié)論為容積式太陽能吸熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析提供了參考。［17］ 崔福慶，何雅玲，程澤東，等?有壓腔式吸熱器內(nèi)輻射傳播過程MonteCarlo模擬”］.化工學(xué)報(bào)，2011,62（S1）:60~65.本文建立了有壓腔式吸熱器的光學(xué)模型，采用MonteCarlo光線追跡法（MCRT）對(duì)吸熱器中太陽輻射傳播、吸收過程進(jìn)行了模擬研究。在光線追跡計(jì)算中,將非連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)吸熱體中的光線傳播過程近似為各向同性均勻連續(xù)渾濁介質(zhì)中的傳播過程，并對(duì)多孔結(jié)構(gòu)吸熱體區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格做了局部加密處理，采用非均勻網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)各個(gè)網(wǎng)格吸收的光子能量權(quán)值之和，從而在較低計(jì)算資源消耗的前提下實(shí)現(xiàn)了大尺度非規(guī)則多孔結(jié)構(gòu)吸熱體內(nèi)的熱流分布計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，在給定工況條件下多孔結(jié)構(gòu)吸熱體所吸收的太陽輻射熱流集中于吸熱體的頂部區(qū)域,局部熱通量極值達(dá)到了2.87X109W?m-3，而在吸熱體的兩側(cè)，熱通量迅速減小，整個(gè)吸熱體內(nèi)的太陽輻射熱流分布呈現(xiàn)出極不均勻的特征，從而影響吸熱器系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。［18］ 姜培學(xué)，李勐，司廣樹.空氣在多孔介質(zhì)中對(duì)流換熱的數(shù)值模擬［J］工程熱物理學(xué)報(bào)，2001,22（5）:609~611?本文對(duì)空氣在多孔結(jié)構(gòu)中的對(duì)流換熱進(jìn)行了數(shù)值研究。數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)的比較表明，對(duì)空氣在玻璃或軸承鋼顆粒多孔結(jié)構(gòu)中的對(duì)流換熱進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，應(yīng)采用考慮熱彌散效應(yīng)的局部非熱平衡模型。本文還研究了顆粒直徑、顆粒導(dǎo)熱系數(shù)、空氣物性隨壓力的變化及粘性耗散等對(duì)換熱的影響。（l）數(shù)值模擬得到的摩擦阻力系數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好地吻合。（2） 用局部非熱平衡模型并取熱彌散導(dǎo)熱系數(shù)算式中系數(shù)C=0.025所得到的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較吻合。（3） 對(duì)于空氣在多孔介質(zhì)中對(duì)流換熱的數(shù)值模擬應(yīng)當(dāng)考慮壓