【摘 要】
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太阳能集中技术作为解决太阳能载荷应用问题的关键技术而被广泛地使用和研究。储能系统能够克服太阳能间歇性的缺点,为调整供应和需求关系提供了一种有效的方法。熔盐作为储能系统中的重要工质,其高温工况下的换热特性引起了越来越多的关注。然而由于熔盐辐射物性数据的缺乏,辐射传输方程求解的复杂性,很少有关于熔盐导热、对流和辐射耦合换热特性的研究。为了解决上述问题,本研究首先对前人测量的典型熔盐光谱发射率的不确定度
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太阳能集中技术作为解决太阳能载荷应用问题的关键技术而被广泛地使用和研究。储能系统能够克服太阳能间歇性的缺点,为调整供应和需求关系提供了一种有效的方法。熔盐作为储能系统中的重要工质,其高温工况下的换热特性引起了越来越多的关注。然而由于熔盐辐射物性数据的缺乏,辐射传输方程求解的复杂性,很少有关于熔盐导热、对流和辐射耦合换热特性的研究。为了解决上述问题,本研究首先对前人测量的典型熔盐光谱发射率的不确定度进行了分析,结果显示,不确定度是温度和波长的函数,随着波长的增大,测量结果的不确定度也增大。在较短波段内,样品温度的不确定度对总不确定度的影响较大,在较长波段内,信号和容器壁温度的不确定度对总不确定度的影响较大。此外,本研究根据前人计算所得典型熔盐光谱吸收系数,计算了其对应的不同温度的平均吸收系数用于后续的数值仿真。其次,本研究建立了一个三维稳态显热储热系统导热、对流和辐射耦合换热模型,对比了是否考虑辐射时熔盐换热特性的差异。结果显示,在两种情况下,管壁两侧工质轴线温度差异最大可达14%和16%,高温熔盐内部的辐射具有强化换热的作用,并获得了一个考虑辐射换热的无量纲关联式。此外,本研究还分析了熔盐散射反照率及折射率对熔盐换热特性的影响,结果显示,熔盐折射率一定时,熔盐侧轴线相同位置的温度随着散射反照率的增大而增大;散射反照率一定时,熔盐侧轴线相同位置的温度随着折射率的增大而减小。最后,本研究建立了一个二维非稳态轴对称封装颗粒内熔盐相变、对流和辐射耦合换热模型,对比了是否考虑辐射时熔盐熔化速度的差异,其中封装颗粒是潜热储热系统中最重要的储热/释热部分,该模型与文献结果进行了验证。结果显示,辐射的作用尽管不如自然对流那样占主导地位,但是不可忽略。辐射不仅与熔盐的吸收系数和散射反照率有关,还与封装颗粒的形状有关,在研究的五种颗粒中,辐射对红细胞形状和环状封装颗粒的熔盐的强化作用比其余三种形状的明显。
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