太阳能吸热器是一种将太阳能转化为热能的装置,其热转换效率会直接影响到整个太阳能系统的效率和经济性。由于太阳能的间歇性和空间分布的不均匀性,会导致吸热器壁面产生很大的温度梯度和热应力,严重时甚至会使吸热器产生变形或破裂,影响整个太阳能系统的安全性。本文以高效安全的太阳能光热利用为背景,采用Fluent和Ansys软件,结合UDF接口技术,对腔式吸热器进行了传热性能和应力分析的数值模拟。本文具体研究内容包括:针对三种结构的吸热器模型(梯型(TX)、梯形挡板型(TD)、球型(QX)),研究了吸热器腔体与环境的对流和辐射热损失随模型倾斜角度的变化关系,获得了三种模型理想状态下的静态散热性能,与文献结果比较验证了本文采用模型的可靠性。针对含光学窗口的太阳能吸热器,建立了二维非稳态传热分析模型,考虑了一天中太阳照射强度随时间变化的迁移性和焦平面处能流分布的不均匀性,研究了吸热器的动态热性能,获得了吸热器传热性能随时间和热源分布形式的变化规律。研究了螺旋管盘绕而成的腔式吸热器的热应力分布特性,分析了在给定壁面热流、吸热管内部有恒定流量的工质的情况下,获得了吸热器的温度场和应力场的分布特性。通过本文的研究,为腔式吸热器的结构优化设计、吸热器的动态热响应分析、吸热器热应力的减弱方法提供了数值基础和参考依据。