2018传热传质学年会集

，龙，，（哈尔滨工业大学能源科学与，黑龙江哈尔滨150001） ,)25°边缘角附近。：容积式吸热器辐射-对流耦合传热碟式器能高温热转、、能热发电[2]能热化学[3]能材料热处理[4]等工业生产与科学研究领域都具有、、能吸热器是能系统最的部件。促进其温度场均匀性、提高效率、 通讯作者：（1966—男，河北阜城人，教授，博士，主要研究方向为多孔材料耦合传热、作者简介：（1992—），男，黑龙江哈尔滨人，博士，主要从事能高温利用研能吸收分布是吸热器性能评估的重要输入条件-射线踪迹法具有计算[19]FVM法是被广泛采用的模拟泡据此，本文采用结合-射线踪迹法（MCRTM）计算吸热芯的入射能吸合问题的数值模型，研究口径一定、边缘角不同的抛物面碟式器对能吸热器性为能系统设计提供新的参考。图1为碟式抛物面器与容积式吸热器组成的-光热转换系统光被器反射在焦平面上容积式吸热器简化为长L直径Dr的圆柱形多孔吸热（SiC15PPI，Φloss,sol，其余部分被多孔骨架吸收。空气工质从前表面引入，在孔隙内部流动并与solarsolarθs=4.65mradInsulatedψConcentratedsolarradiation Parabolicdishf图1抛物面碟式器-容积式吸热器系统原理示意Φin之比o

in100%1

t1loss,sloss,c

σslp=3.5rad表1器\吸热器几何参数（Dc=1.2m,34N条光线，那么单根光线能量QD2DNI4N MCRTijNij，i发射的总光线NiRDij=Nij/NiiSrad,i表示为：

i,

s,

rad

RD*(T

T4A,ii,

s,

RD

ij

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

渗透率和Forchheimer系数，根据经验[13]有：p K3dp

CF1.75

15015

别为流、固两相等效导热系数；Sr为辐射源项。hd

0vc32.504038109.94138166.6523886.98238 c

[15]r=

Tf=Ts

UU z=L：Tf=Ts

Uz=Ur 对流换热系数hc=10W/(Km2)。流体相采用第一类边界条件，温度Tin=300K：z=

u，T

， TshT

seff

r=0：Tf=Ts0，Uz=Ur

温度对动力粘度的影响参考Sutherland。1.521011T34.86108T21.02

c1.931010T48107T31.14103T24.49101T

s

Ts

得到的经验[13]确定吸收系数κ、散射系数σs、消光系数β：1.5(1)

s1.5(2)(1)

s3(1)

80×50(径向×轴向)的均匀矩形网格。SsolRDijC++UDFs导入并在迭代过N108Nqr0.5%N=108束。a)焦平面热流密度分布 b)L=D截面上温度分布图2数值模型验证结果<性就越大。而边缘角越大，光线最大入射角越大，且的能量从较大入射角方向45°15°1.07%。4ψ=25°ψ=45°0.81%。/

/oo

3//

===== TT/

z/a)处固体相温度 b)轴线处流固两相温度图4吸热芯温度分布（质量流量m=4g/s）种看似反常的温度分布事实上是可能存在且符合能量守恒的。假设流体的能量仅来可得流线某点温度梯度dTf/dz=hv(Ts-Tf)/(ρucp)。可见流体沿流线幅度虽正比于容积同则吸热芯尺寸不同，这就导致质量流量相同时，虽然ψ较大时的能更集中、前表4b所示固相差异大、流相几无差异的轴向温度分布。结0.81%。目前，为得到较高的平均聚光比，国内外建造的碟式器边缘角均取45°左右。均匀度，而且质量流量较大(>3g/s)时，边缘角的降低（25°时）非但不会使综合效率降低太多，还会使其有略微提高。另一方面，小边缘角器的表面积和轴向深度更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.谈和平.红外辐射特性与传输的数值计算:计算热辐射学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学,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,