2018傳熱傳質(zhì)學(xué)年會(huì)集

，龍，，（哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與，黑龍江哈爾濱150001） ,)25°邊緣角附近。：容積式吸熱器輻射-對流耦合傳熱碟式器能高溫?zé)徂D(zhuǎn)、、能熱發(fā)電[2]能熱化學(xué)[3]能材料熱處理[4]等工業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)研究領(lǐng)域都具有、、能吸熱器是能系統(tǒng)最的部件。促進(jìn)其溫度場均勻性、提高效率、 通訊作者：（1966—男，河北阜城人，教授，博士，主要研究方向?yàn)槎嗫撞牧像詈蟼鳠帷⒆髡吆喗椋海?992—），男，黑龍江哈爾濱人，博士，主要從事能高溫利用研能吸收分布是吸熱器性能評(píng)估的重要輸入條件-射線蹤跡法具有計(jì)算[19]FVM法是被廣泛采用的模擬泡據(jù)此，本文采用結(jié)合-射線蹤跡法（MCRTM）計(jì)算吸熱芯的入射能吸合問題的數(shù)值模型，研究口徑一定、邊緣角不同的拋物面碟式器對能吸熱器性為能系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供新的參考。圖1為碟式拋物面器與容積式吸熱器組成的-光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)光被器反射在焦平面上容積式吸熱器簡化為長L直徑Dr的圓柱形多孔吸熱（SiC15PPI，Φloss,sol，其余部分被多孔骨架吸收。空氣工質(zhì)從前表面引入，在孔隙內(nèi)部流動(dòng)并與solarsolarθs=4.65mradInsulatedψConcentratedsolarradiation Parabolicdishf圖1拋物面碟式器-容積式吸熱器系統(tǒng)原理示意Φin之比o

in100%1

t1loss,sloss,c

σslp=3.5rad表1器\吸熱器幾何參數(shù)（Dc=1.2m,34N條光線，那么單根光線能量QD2DNI4N MCRTijNij，i發(fā)射的總光線NiRDij=Nij/NiiSrad,i表示為：

i,

s,

rad

RD*(T

T4A,ii,

s,

RD

ij

(fU)1(UU)p(U)U

滲透率和Forchheimer系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)[13]有：p K3dp

CF1.75

15015

別為流、固兩相等效導(dǎo)熱系數(shù)；Sr為輻射源項(xiàng)。hd

0vc32.504038109.94138166.6523886.98238 c

[15]r=

Tf=Ts

UU z=L：Tf=Ts

Uz=Ur 對流換熱系數(shù)hc=10W/(Km2)。流體相采用第一類邊界條件，溫度Tin=300K：z=

u，T

， TshT

seff

r=0：Tf=Ts0，Uz=Ur

溫度對動(dòng)力粘度的影響參考Sutherland。1.521011T34.86108T21.02

c1.931010T48107T31.14103T24.49101T

s

Ts

得到的經(jīng)驗(yàn)[13]確定吸收系數(shù)κ、散射系數(shù)σs、消光系數(shù)β：1.5(1)

s1.5(2)(1)

s3(1)

80×50(徑向×軸向)的均勻矩形網(wǎng)格。SsolRDijC++UDFs導(dǎo)入并在迭代過N108Nqr0.5%N=108束。a)焦平面熱流密度分布 b)L=D截面上溫度分布圖2數(shù)值模型驗(yàn)證結(jié)果<性就越大。而邊緣角越大，光線最大入射角越大，且的能量從較大入射角方向45°15°1.07%。4ψ=25°ψ=45°0.81%。/

/oo

3//

===== TT/

z/a)處固體相溫度 b)軸線處流固兩相溫度圖4吸熱芯溫度分布（質(zhì)量流量m=4g/s）種看似反常的溫度分布事實(shí)上是可能存在且符合能量守恒的。假設(shè)流體的能量僅來可得流線某點(diǎn)溫度梯度dTf/dz=hv(Ts-Tf)/(ρucp)?？梢娏黧w沿流線幅度雖正比于容積同則吸熱芯尺寸不同，這就導(dǎo)致質(zhì)量流量相同時(shí)，雖然ψ較大時(shí)的能更集中、前表4b所示固相差異大、流相幾無差異的軸向溫度分布。結(jié)0.81%。目前，為得到較高的平均聚光比，國內(nèi)外建造的碟式器邊緣角均取45°左右。均勻度，而且質(zhì)量流量較大(>3g/s)時(shí)，邊緣角的降低（25°時(shí)）非但不會(huì)使綜合效率降低太多，還會(huì)使其有略微提高。另一方面，小邊緣角器的表面積和軸向深度更GilpinMR,ScharfeDB,YoungMP,etal.ExperimentalInvestigationofLatentHeatThermalEnergyStorageforBi-ModalSolarThermalPropulsion[C]InternationalEnergyConversionEngineeringConference.FurlerP,SteinfeldA.Heattransferandfluidflow ysisofa4kWsolarthermochemicalreactorforceriaredoxcycling[J].ChemicalEngineeringScience,2015,137:373-383.LiB,OliveiraFAC,RodríguezJ,etal.Numericalandexperimentalstudyonimprovingtemperatureuniformityofsolarfurnacesformaterialsprocessing[J].SolarEnergy,2015,115(12):95-108.ShuaiY,XiaXL,TanHP.Radiationperformanceofdishsolarconcentrator/receiversystems[J].SolarEnergy,2008,82(1):13-21.WangK,HeYL,LiP,etal.Multi-objectiveoptimizationofthesolarabsorptivitydistributioninsideasolarreceiverforsolarpowertowers[J].SolarEnergy,2017,158:247-258.WangW,WangB,LiL,etal.Theeffectofthecoolingnozzlearrangementtothethermalperformanceofasolarimingreceiver[J].SolarEnergy,2016,131:222-234.ávila-MarínAL.VolumetricreceiversinSolarThermalPower ntswithCentralReceiverSystemtechnology:Areview[J].SolarEnergy,2011,85(5):891-910.ChenX,XiaXL,YanXW,etal.Heattransfer ysisofavolumetricsolarreceiverwithcompositeporousstructure[J].EnergyConversion&Management,2017,136:262-269.YuQ,WangZ,XuE.ysisandimprovementofsolarfluxdistributioninsideareceiverbasedonmulti-focalpointsofheliostatfield[J].AppliedEnergy,2014,136:417-430.RouxWGL,Bello-OchendeT,MeyerJP.OperatingconditionsofanopenanddirectsolarthermalBraytoncyclewithoptimisedreceiverandrecuperator[J].Energy,2011,36(10):6027-6036.談和平.紅外輻射特性與傳輸?shù)臄?shù)值計(jì)算:計(jì)算熱輻射學(xué)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),WuZ,CaliotC,FlamantG,etal.Numericalsimulationofconvectiveheattransferbetweenairflowandceramicfoamstooptimisevolumetricsolarairreceiverperformances[J].InternationalJournalofHeat&MassTransfer,2011,54(7–8):1527-1537.IasielloM,CunsoloS,OlivieroM,etal.NumericalysisofHeatTransferandPressureDropinMetalFoamsforDifferentMorphologicalModels[J].JournalofHeatTransfer,2014,136(11):112601.MunroRG.MaterialPropertiesofaSinteredα-SiC[J].JournalofPhysical&ChemicalReferenceData,1997,26(5):1195-1203.WuZ,CaliotC,FlamantG,etal.Coupledradiationandflowmodelinginceramicfoamvolumetricsolarairreceivers[J].SolarEnergy,2011,85(9):2374-2385.LeeH.Thegeometric-opticsrelationbetweensurfaceslopeerrorandreflectedrayerrorinsolarconcentrators[J].SolarEnergy,2014,