深径比对太阳能吸热器自然对流热损失的影响 肖兰.doc

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：113149 深径比对太阳能吸热器自然对流热损失的影响(肖兰，吴双应，李友荣 （重庆大学动力工程学院，重庆 400044） (Tel: E-mail: shuangyingwu@) 摘要：以碟式太阳能热发电系统中高温腔式吸热器为对象，在考虑空气物性随温度变化的前提下，运用三维数值模拟方法探讨了圆柱形腔体深径比对吸热器自然对流热损失的影响。得到了吸热器腔体内部的温度分布和采光口截面的速度分布以及相应的变化曲线图。结果表明，随着深径比的增加，对流区域和空气流速同时降低，二者共同导致自然对流热损失明显降低。同时，吸热器自然对流热损失随深径比增加而下降的幅度因倾角存在差异。同时，本文提出一个包含深径比影响的用于预测太阳能吸热器自然对流热损失的努谢尔特数关系式；与已有的大多数模型一样，本模型预测结果与实验结果的偏差是可以接受的。 关键词：太阳能腔式吸热器；自然对流；热损失；深径比；数值模拟 The Role of Cavity Aspect Ratio on Natural Convection Heat Loss for Solar Receiver Lan Xiao, Shuang-Ying Wu, You-Rong Li College of Power Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044 Abstract: A 3-D numerical investigation has been undertaken to explore the effects of the cavity aspect ratio on the natural convection heat loss of a cylindrical cavity receiver for high-temperature solar dish system, accounting for the air property variation with temperature. Temperature contours inside the cavity, velocity contours on the aperture plane, and the corresponding variation figure have been obtained. And it is shown that the expansion of convection zone together with the augmentation of velocity magnitude lead to the increment of natural convection heat loss with decreasing cavity aspect ratio, i.e., shallower cavity. Further, the decreasing rate of natural convection heat loss with the cavity aspect ratio varies with the tilt angle. Moreover, a Nusselt number correlation has been proposed by incorporating the cavity aspect ratio, and it shows acceptable agreement with the experimental results. Keywords: solar cavity receiver; natural convection; heat loss; cavity aspect ratio; numerical investigation 0 前言 太阳能吸热器是碟式太阳能热发电系统中实现太阳辐射能向热能转换的关键部件。研究太阳能吸热器的热损失，尤其是自然对流热损失对提高整个系统的热电转换效率具有重要的意义。在上世纪八九十年代，国外学者对方形吸热器的自然对流热损失做了一些初步的实验和理论研究，探讨了吸热器倾角、壁温开口大小对其自然对流热损失的影响，并提出相应的经验关系式[1-4]。近年来，印度学者提出三种不同结构的球形/半球形接收器，比较性研究表明，半球形吸热器的自然对流热