DSG太阳能槽式集热管内多相流模型.pdfVIP

中国工程热物理学会 多相流 学术会议论文 编号：096073 DSG 太阳能槽式集热管内多相流模型 孙利霞，由长福 （清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室，北京，100084） (Tel:, 010Email: youcf@) 摘要：本文分析了以水/水蒸气为工质的 DSG 太阳能槽式集热器高温真空集热管内的流动与传热过程， 建立了集热器管内的一维多相流动与传热模型。模型全面考虑了系统热平衡过程及其详细传热机理。 提出了太阳能槽式集热器出口瞬态温度的计算方法并进行了程序编制。该程序通过给出环境参数、集 热器几何结构参数和光学参数、入口参数，可计算稳态和瞬态太阳能槽式集热器出口温度、出口压力、 有效能量、集热器效率。所建模型的模拟计算结果与现有实验数据进行了对比，符合较好，表明可利 用所建多相流动模型对 DSG 太阳能槽式集热器高温真空集热管加热流体的性能进行分析。 关键词：太阳能，槽式集热，多相流，模型 0 前言 太阳能槽式电站的整体效率主要受限于集热器的性能。而由大量集热器组成的集热 器组是太阳能槽式电站的主要部分。目前槽式太阳能技术的研究主要集中在欧美。美国 的 Sandia 国家实验室 ()和可再生能源国家实验室() 开展了 许多研究并且有不少成果，而且他们还在多年的观察中积累了大量太阳数据，用来指导 实验研究。此外，集热器管内流体流动与传热的理论和试验研究也早已进行。著名的 Luz [1-2] LS-3 集热器由 NREL 设计并且应用在必威体育精装版的 SEGS 电站中 。 其结构、参数配置、运 行经验和问题经常被用来作为将来集热器研究的基础。直接蒸汽发生式（Direct steam generation，简称 DSG ）相关研究和计划开始于 20 世纪 80 年代。DISS 计划(1996-2001) 是 最有影响力的研发项目。接下来的 INDITEP 计划(2002-2005)用来设计和建造第一作准商 用 DSG 太阳能电站。这个项目中，DSG 太阳能集热器组中产生的热能将用来驱动过热 蒸汽朗肯循环。DISS 计划进行了很多应用性研究来解决 DSG 过程中的一些问题。这些 问题包括：单集热器与平行管束在稳态和瞬态条件下的运行；过程的启动和终止；瞬态 变化中的集热器管内热应力；最佳运行模式的界定[3] 。 研究者们也对吸收体内的流动和传热特性作了理论分析。与 DISS 计划进行的同时， S. D. Odeh、G. L. Morrison 和 M. Behnia 提出了一个相对详细的 DSG 槽式集热器模型[4] 。 他们的研究基于 Odeh 等人[5]在 1996 年提出的 DSG 集热器热模型。该模型侧重于吸收器 壁温，而不是工质温度，因此该模型可以适用于任何流体。他们的研究利用准一维思想 详细分析了两相流中的传热过程。在准一维模型中，集热管被分为三部分：液相水区、 *基金项目：清华信息科学与技术国家实验室（筹）资助 两相区和干蒸汽区。他们在研究中对管内两相流传热系数的计算和集热器效率影响因素 做了详尽的分析。接着这三个人又提出了和热模型相关的水动力学稳态模型，用来对一 次直通过程的 DSG 集热器性能进行优化[6] 。该水动力学模型包括流型的分类和压降模 型。同时研究中还提出了另外的运行方法来使 DSG 集热器在不同辐射强度下达到最佳 [7] 性能。M. Eck 和 W.D. Steinmann 提出了一个用来分析和设计太阳能集热器组的模型 。 他们主要关注集热器中的热力学和水动力学现象，并