太阳能高温异型热管热应力数值摸拟

在太阳能高温热化学转化利用中,传统的直接照射式太阳能高温反应器和间接照射式两腔太阳能高温反应器均存在局部高温热点、两腔间传热能力差等问题。为此,应用高温热板-热管技术研制了新型太阳能高温相变反应器,其核心部件为高温异型热管(HTSHP)。为分析HTSHP的热承载能力,构建了传热热阻模型,采用有限元分析软件ANSYS的热-应力耦合功能,对HTSHP在稳态条件下的温度场、应力场、热变形进行了数值模拟。结果表明,HTSHP最高温度为768℃,最大温差为18℃,均温性和传热能力较好;热应力集中于过渡连接的热板内壁上,最大应力为24.6 MPa,满足钢制压力容器分析设计标准的要求。

太阳能高温异型热管接收器吸热面结构优化分析

高温热管作为太阳能高温热管反应器的核心集热/传热元件,如何提高其光热转化效率、降低其局部温度过高是当前的研究重点。本文对高温异型热管接收器的光热转换特性进行模拟分析,重点考察不同吸热面结构(平板吸热面、椭球吸热面)的影响,并与其在碟式太阳能模拟器工况下的光热转换特性进行对比验证。光学仿真结果表明:当入射光功率为5.78 kW时,椭球吸热面异型热管接收功率为2.7 kW,为平板吸热面异型热管接收功率的1.3倍。热应力仿真结果表明:椭球吸热面结构与平板吸热面结构相比可降低最大热应力约9.1%。此外,搭建电加热实验平台测试新型高温异型热管的启动及均温特性,当截面热流密度为139.7 kW/m^(2)时,启动时间仅为39 min,轴向温差小于89℃。因此,椭球吸热面结构在降低热应力以及聚光方面有更佳的表现,且可以满足反应器运行需求。