2018傳熱傳質(zhì)學(xué)年會集

，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?、作者簡介：?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?？諝夤べ|(zhì)從前表面引入，在孔隙內(nèi)部流動并與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)）非但不會使綜合效率降低太多，還會使其有略微提高。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,