Al-Si合金太阳能储能锅炉接收器的热应力模拟分析.pdfVIP

第 24卷 第6期 广东石油化工学院学报 Vo1．2，4 No．6 2014年 12月 JournalofGuangdongUniversityofPetrochemicalTechnology December02 14 Al—Si合金太阳能储能锅炉接收器的热应力模拟分析 李石栋 ，张仁元 ，李风 (1．广东石油化工学院机电工程学院，广东茂名525000；2．广东工业大学材料与能源学院，广东广州 510006) 摘要 ：iSt计了一个 一si合金太阳能储能锅炉接收器，采用有限元分析方法，建立了接收器的模型，并在高能流密度边界条 件下 ，进行了热应力模拟分析 ，获得了接收器的温度及应力分布，并通过了该结构的应力校核。 关键词 ：A1一Si合金 ；太阳能储能锅炉；接收器 ；热应力 中图分类号：TK513 文献标识码：A 文章编号：2095—2562(0214)06—0047—03 储热系统和储热材料是太阳能热发电系统的关键部分之一。目前可用于太阳能热发电系统的储热材 料有空气、水 ／水蒸汽、油 ／岩石、金属及金属合金、导热油、熔盐、陶瓷、混凝土等，不同的储热材料具有不同 的优缺点H]。文献 [2]以水作为传热介质，建立了 —si合金相变储能装置，进行了 一si合金相变储能 传热性能的试验研究。文献[3]搭建 Al—si合金与水蒸汽换热的实验平台，对水蒸汽和 一si合金释热 换热过程进行实验，分析在不同流量下水蒸汽的换热情况。文献[4]分析了 —si合金与高温热管的传 热性能。 本文是探索Al—si合金在太阳能高温热利用中的一部分工作，根据 一si合金的性能，提出并设计 了一基于多碟式太阳能聚光器的 一si合金太阳能储能锅炉l4I5]， 一si合金太阳能储能锅炉接收器的 温度可以高达 800～1000℃，而且温度分布不均匀。因此分析高太阳能热流密度下接收器的热应力是十 分必要的。 1 AI—Si合金太阳能储 能锅 炉接收器结构 一 si合金太阳能储能锅炉的结构主要分为四部分：封装 —si合金储能材料的接收器，见图1，接 收器外直径为 300mln，内直径为200inln，底部壁厚 、 芏二) 10mlTl，其余壁厚5r砌；高温热管，其主要把储存在 ! 一 si合金中的能量传递给锅筒中的水；锅筒，3．5 MPa的水在锅筒中被热管传递Al—si合金的热量加 热，产生饱和水蒸汽；过热管，过热管和 一si合金 换热，饱和水蒸汽变成415oC、3．5MPa的过热水蒸 汽4j。储能锅炉的能量流是通过储热体的空腔接 收器把太阳能聚光器聚光的800～1000oC的高热流 密度的太阳能吸收，储能于 一si合金之中，通过 图1接收器模型及边界条件 换热， 一si合金的潜热传到汽包中，产生3．5MPa压力的饱和水蒸汽，然后饱和蒸汽从锅筒返回储热体 被加热成3．5MPa、410℃的过热蒸汽。 收稿 日期：2014—11—09；修回日期：2014—12—02 基金项 目：国家高技术研究发展计划(2007AA05Z460)；广东省普通高校青年创新人才项 目(631051)；广东石油化工学院博士启动项 目(513090) 作者简介：李石栋 (1983一)，男 ，广东廉江人，博士后 ，副教授，从事太阳能热利用及储热研究。 第6期 李石栋等： —si合金太阳能储能锅炉接收器的热应力模拟分析 49 Ansys按指定的路径列表给出的应力分类有 MEMBRANE、BENDING、MEMBRANEPlUSBENDNIG、 PEAK、TOTAL。其中MEMBRANEPlUSBENDNIG的识别和提取是十分重要的，Ansys的MEMBRANEPlUS BENDNIG结果如表3所示。这里提取 SINT=Pf+P6+Q，从计算结果可得 P2+ +Q=459Mpa~3Sm (=480Mpa)，校核通过。 表 3 MEMBRANEPlUSBENDING应力结果 4 结语 由于多碟式太阳能聚光器产生