论文部分内容阅读
近年来，随着能源与环境问题的日益突出，太阳能高温热发电技术逐渐受到人们的广泛关注。我国太阳能资源丰富，采用太阳能热发电对于解决能源紧缺问题及环境污染问题具有十分重要的意义。太阳能热发电系统中的蓄热装置对整个系统的稳定运行及降低发电成本有着重要意义。蓄热罐内熔融盐自然对流传热规律的研究对于熔融盐畜热系统的设计和安全运行具有十分重要的作用。同时，在核能发电中核裂变产生的能量也是以自然对流的形式传递给周围熔融盐的。熔融盐是中Pr数的典型代表，目前有关熔融盐自然对流传热的研究还未见相关公开报道。研究熔融盐自然对流传热规律不仅具有十分重要的工程应用价值，而且可以填补中Pr数流体的自然对流传热的研究空白，在学术上也具有十分重要的学术意义。利用对微细金属丝欧姆加热法研究熔融盐自然对流传热规律，可以缩小实验尺寸，简化研究方法。本文采用实验和数值模拟的方法对熔融盐自然对流传热规律进行研究。本文首先对水平圆柱表面空气、水的自然对流传热进行实验研究，在验证实验方法和实验系统可靠性的基础上，对熔融盐LiNO3的自然对流规律进行实验研究。微细金属丝表面空气与水的自然对流传热结果证实了在小Ra数范围内，考虑黏性耗散的Fand关联式可以给出较为准确的预测结果。熔融盐的自然对流传热研究结果表明，熔融盐LiNO3的自然对流传热规律与Fand关联式偏差在20%范围内，相对于水和空气的自然对流传热结果，熔融盐的自然对流传热结果与Fand关联式相差较大。实验偏差初步推断来自于恒温炉的控温偏差及熔融盐的温度分层。通过对水平圆柱表面水、LiNO3及Hitec三元混合硝酸盐自然对流传热进行数值模拟发现，不考虑周围介质的温度分层，水平圆柱表面水和熔融盐的自然对流传热规律都与Fand关联式最为接近，在计算Ra数范围，偏差在10%范围内。与实验结果进行对比，可以判定，熔融盐自然对流传热Nu值实验结果与Fand关联式的偏差较大原因主要来自于实验系统圆柱周围流体温度的不均性。实验与数值模拟分析不同直径微细丝表面自然对流传热系数规律，结果发现，圆柱直径越小，由于曲率半径的影响，圆柱表面自然对流传热系数越大。