熔融盐腔式吸热器动态仿真及热性能测试方法研究-张强强.doc

密级:博士学位论文熔融盐腔式吸热器动态仿真及热性能测试方法研究作者姓名：张强强指导教师:王志峰研究员中国科学院电工研究所学位类别:工学博士学科专业:电工理论与新技术研究所:中国科学院电工研究所二〇一四年四月AStudyontheDynamicSimulationandThermalPerformanceTestofMoltenSaltCavityReceiverByQiangqiangZhangADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringInstituteofElectricalEngineeringChineseAcademyofSciencesApril,2014关于学位论文使用权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经著作权人授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何方式传播。否则，引起有碍著作权人著作权益之问题，将可能承担法律责任。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院电工所有关保存、使用学位论文的规定，即：中国科学院电工所有权保留学位论文的副本，允许该论文被查阅；中国科学院电工所可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。（涉密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：关于学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名：导师签名：日期：摘要本文的研究对象是熔融盐腔式吸热器。熔融盐可以同时作为传热和储热工质，使电站的传热储热一体化，同时在无相变的情况下提高了工质的使用温度，而腔体式的设计可以有效减小吸热器的热损失，所以本文对熔融盐腔式吸热器及吸热器系统的性能进行了细致的研究。本文首先利用熔融盐热工水力学实验平台对熔融盐腔式吸热器进行了多组不同输入功率和流量的实验，并通过对实验结果进行分析得到了吸热器效率与输入功率和流量的关系。对于本实验台安装的吸热器，热损失与电能损失的增长速度较快，因此吸热器的效率随着输入功率的增大会降低，而吸热器的效率随着流量的增大而增大。另外，将由输入功率突变引起的动态过程划分为三个阶段，从而能更好的理解吸热器的动态响应过程。本文利用仿真平台Dymola建立了熔融盐腔式吸热器以及吸热器系统的动态仿真模型，该模型可对吸热器的导热、对流和辐射耦合传热进行快速求解。在角系数的计算过程中考虑了吸热管道之间的遮挡和管道表面的弯曲情况。经过大量不同实验工况的验证，该模型可正确反映吸热器热性能以及动态性能。利用该模型对吸热器系统中的入口缓冲罐的结构进行了分析，同时还对部分控制进行了失效分析，得到了流量控制失效以及液位控制失效对吸热器系统的影响。通过将熔融盐腔式吸热器的对流热损失与辐射热损失结合得到了吸热器的总热损失系数的表达式，并得到了该参数与吸热面发射率、吸热面温度和环境温度等参数的关系。介绍了热损失系数的测试方法，并通过仿真与实验结合的方法进行了验证。根据两点热容法建立了吸热器的能量平衡方程，并通过拉普拉斯换方法得到了出口温度对由输入能量突变引起的动态过程的解析解，通过合理的推导得到了吸热器的特征时间数的表达式，建立了测试方法，并得到了多次仿真实验下的特征时间数的值，结果表明，在相同输入能量下，特征时间数随着流量的增大而减小，即流量越大，吸热器对输入能量的响应速度越快；而在相同流量下，输入能量的大小对吸热器的特征时间数影响非常小。最后对熔融盐腔式吸热器应用了传递函数法，并对传递函数法进行了简化，利用该方法对四个工况下的吸热器出口温度进行预测，最大相对误差小于15%，结果表明传递函数法可以较为准确的对熔融盐腔式吸热器的出口温度进行预测。关键词：熔融盐，腔式吸热器，动态仿真，热性能，测试方法AbstractThisworkisfocusedonthemoltensaltcavityreceiver.Theheattransferandstorageofsolartowerpowerplantcanbeintegratedbyusingmoltensaltandthetemperaturerangeofheattransferfluidcanbealsoextendedwithoutphasechanging.Thecavitydesigncaneffectivelydecreasetheheatloss