内置扰流柱列集热管的换热和流动研究
发布时间：2023-05-26 19:32
抛物型槽式太阳能集热管在正常运行时外壁被不均匀的太阳热流加热,由此产生的热应变可能导致集热管失效。扰流柱列是一种常用的强化换热结构,但将其应用在太阳能集热管的研究较少。为减少集热管的失效,本研究在太阳能集热管下内壁面引入扰流柱列以期达到强化换热、均匀化温度场的效果。本课题主要研究方法是数值模拟。首先介绍了模拟计算的前处理,包括研究对象选取、网格划分和网格无关性分析。接着验证了数值模拟的计算设置,主要包括模拟集热管管内导热油流动的标准k-ε湍流模型和集热管外壁面的复合热边界条件。在前处理工作和验证工作的基础之上,研究了雷诺数、柱单元截面形状、柱单元高径比、柱列排数对集热管流动性能、换热性能、强化换热性能和周向截面温差的影响。研究结果表明:(1)标准k-ε湍流模型和复合热边界条件可以分别模拟集热管的流动和换热;雷诺数、柱单元长短轴比、柱单元高径比对集热管的流动性能、换热性能强化换热性能和周向截面温差的影响较大,柱列排数造成的影响较小。(2)在当前研究范围内,通过本文研究找到一种综合性能最好的柱列结构:截面形状为长短轴比为1.56的椭圆、柱单元高径比为2、柱列排数为5排、周向上5个柱单元均匀...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第1章 绪论
1.1 研究背景和应用前景
1.1.1 研究背景
1.1.2 太阳能发电的应用前景
1.2 槽式太阳能集热管的失效
1.3 扰流柱列的应用
1.3.1 扰流柱列在涡轮叶片尾缘的应用
1.3.2 扰流柱列在太阳能集热管内的应用
1.4 本文研究内容
第2章 理论模型和计算设置
2.1 流动模型和流动边界条件
2.1.1 流动基本概念和经验关系式
2.1.2 湍流模型
2.1.3 流动边界条件
2.2 换热模型和热边界条件
2.2.1 换热基本概念和经验关系式
2.2.2 集热管换热原理
2.2.3 物性参数和热边界条件
2.3 本章小结
第3章 网格划分和无关性验证
3.1 物理模型的选择
3.2 网格划分
3.3 网格无关性分析
3.4 本章小结
第4章 计算设置验证和热流分布加载
4.1 流动模型验证
4.1.1 工况数据和计算条件设置
4.1.2 模拟结果分析
4.2 热边界条件验证
4.2.1 实验数据
4.2.2 计算条件设置
4.2.3 模拟结果分析
4.3 热流分布加载
4.4 本章小结
第5章 结果与讨论
5.1 柱列几何参数和工况数据
5.1.1 柱列几何参数的选取
5.1.2 工况数据的确定
5.2 雷诺数的影响
5.2.1 雷诺数对速度场的影响
5.2.2 雷诺数对湍动能的影响
5.2.3 雷诺数对压降的影响
5.2.4 雷诺数对温度场的影响
5.2.5 雷诺数对换热性能的影响
5.3 柱单元截面形状的影响
5.3.1 柱单元截面形状对速度场的影响
5.3.2 柱单元截面形状对湍动能的影响
5.3.3 柱单元截面形状对压降的影响
5.3.4 柱单元截面形状对温度场的影响
5.3.5 柱单元截面形状对换热性能的影响
5.3.6 柱单元截面形状对强化换热性能的影响
5.4 柱单元高径比的影响
5.4.1 柱单元高径比对速度场的影响
5.4.2 柱单元高径比对湍动能的影响
5.4.3 柱单元高径比对压降的影响
5.4.4 柱单元高径比对温度场的影响
5.4.5 柱单元高径比对换热性能的影响
5.4.6 柱单元高径比对强化换热性能的影响
5.5 柱列排数的影响
5.5.1 柱列排数对压降的影响
5.5.2 柱列排数对换热性能的影响
5.5.3 柱列排数对强化换热性能的影响
5.6 柱列结构的优化
5.6.1 新柱列结构对压降的影响
5.6.2 新柱列结构对温度场的影响
5.6.3 新柱列结构对换热性能的影响
5.6.4 新柱列结构对强化换热性能的影响
5.7 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
致谢
参考文献
论文发表情况
本文编号：3823152
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第1章 绪论
1.1 研究背景和应用前景
1.1.1 研究背景
1.1.2 太阳能发电的应用前景
1.2 槽式太阳能集热管的失效
1.3 扰流柱列的应用
1.3.1 扰流柱列在涡轮叶片尾缘的应用
1.3.2 扰流柱列在太阳能集热管内的应用
1.4 本文研究内容
第2章 理论模型和计算设置
2.1 流动模型和流动边界条件
2.1.1 流动基本概念和经验关系式
2.1.2 湍流模型
2.1.3 流动边界条件
2.2 换热模型和热边界条件
2.2.1 换热基本概念和经验关系式
2.2.2 集热管换热原理
2.2.3 物性参数和热边界条件
2.3 本章小结
第3章 网格划分和无关性验证
3.1 物理模型的选择
3.2 网格划分
3.3 网格无关性分析
3.4 本章小结
第4章 计算设置验证和热流分布加载
4.1 流动模型验证
4.1.1 工况数据和计算条件设置
4.1.2 模拟结果分析
4.2 热边界条件验证
4.2.1 实验数据
4.2.2 计算条件设置
4.2.3 模拟结果分析
4.3 热流分布加载
4.4 本章小结
第5章 结果与讨论
5.1 柱列几何参数和工况数据
5.1.1 柱列几何参数的选取
5.1.2 工况数据的确定
5.2 雷诺数的影响
5.2.1 雷诺数对速度场的影响
5.2.2 雷诺数对湍动能的影响
5.2.3 雷诺数对压降的影响
5.2.4 雷诺数对温度场的影响
5.2.5 雷诺数对换热性能的影响
5.3 柱单元截面形状的影响
5.3.1 柱单元截面形状对速度场的影响
5.3.2 柱单元截面形状对湍动能的影响
5.3.3 柱单元截面形状对压降的影响
5.3.4 柱单元截面形状对温度场的影响
5.3.5 柱单元截面形状对换热性能的影响
5.3.6 柱单元截面形状对强化换热性能的影响
5.4 柱单元高径比的影响
5.4.1 柱单元高径比对速度场的影响
5.4.2 柱单元高径比对湍动能的影响
5.4.3 柱单元高径比对压降的影响
5.4.4 柱单元高径比对温度场的影响
5.4.5 柱单元高径比对换热性能的影响
5.4.6 柱单元高径比对强化换热性能的影响
5.5 柱列排数的影响
5.5.1 柱列排数对压降的影响
5.5.2 柱列排数对换热性能的影响
5.5.3 柱列排数对强化换热性能的影响
5.6 柱列结构的优化
5.6.1 新柱列结构对压降的影响
5.6.2 新柱列结构对温度场的影响
5.6.3 新柱列结构对换热性能的影响
5.6.4 新柱列结构对强化换热性能的影响
5.7 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
致谢
参考文献
论文发表情况
本文编号：3823152
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