光热发电的核心技术优势在于其配有大型储能系统,可以弥补太阳光间歇性和不稳定的缺陷。熔盐储罐作为光热电站储能系统中的关键设备,对其进行各种工况下的数值模拟,对储罐在使用过程中的安全性乃至整个光热电站的正常运行都有着十分重要的意义。本文采用有限元分析方法,对高温熔盐储罐进行强度分析、蠕变-疲劳分析、预热和进盐过程的流场和传热分析,并对储罐的结构设计以及预热、进盐方案设计提供合理化建议。主要内容和结论如下:(1)建立了高温熔盐储罐及其地基的有限元模型,考虑了风载荷、地震载荷和温度载荷等9种载荷,确定了4种载荷组合工况,对高温熔盐储罐进行了强度分析,并依照JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》进行应力评定。结果表明,高温熔盐储罐在4种载荷组合工况下均满足JB4732的强度要求,并且有很大的安全裕量。储罐属于高温服役设备,其热膨胀量大,在储罐设计时,应合理布置储罐周围的管路及附件,确保其可以自由膨胀,避免储罐受到位移限制而产生过大热应力并导致强度失效等问题。(2)基于疲劳累积损伤理论,对高温熔盐储罐进行了蠕变-疲劳分析,并依照美国ASME标准NH分卷进行蠕变-疲劳评定。结果表明,高温熔盐储罐的蠕变-疲劳评定结果为合格,设计满足要求。而且,熔盐储罐的蠕变损伤远远大于疲劳损伤,说明蠕变变形对高温熔盐储罐的安全运行威胁更大。(3)建立了三个设有不同角度喷嘴的计算模型,比较了三种喷嘴角度对内部流场均匀性和罐体预热效果的影响。结果发现,45°喷嘴模型的流场均匀程度最高。而且,在循环风的扰动下,罐体最大温差缩短至50℃所需时间最短,保温时间约0.25h。储罐整体的升温速度快,预热效果好。(4)对设有45°喷嘴的计算模型进行了完整预热过程的瞬态分析,结果表明,预热104小时后储罐整体达到300℃以上,加热壁板的温度最高,拱顶中部的温度最低,是因为拱顶内侧存在流动死区。随着预热过程的进行,罐体的温度场分布逐渐均匀。温度梯度出现在外保温层和地基的厚度方向,说明保温层和地基的保温效果良好。(5)建立了高温熔盐储罐及进盐管等结构和内部流域的有限元模型,采用VOF多相流模型,对高温熔盐储罐的进盐工况进行了瞬态分析,总结了底板的温降规律。内圈分配管下方的底板温度最先下降。随后,低温熔盐经十字管流入外圈分配管,外圈分配管下方的底板温度降低。随着进盐过程的进行,底板的低温区不断扩大。内外圈喷嘴下方的底板监测点温度均在前期下降较快,最大温降速率为55.2℃/min。随着时间的增长,金属温降速率逐渐减小,进盐90s内各监测点的平均温降速率均为27℃/min。合理设计进盐管结构能使熔盐安全地进入储罐且混合均匀,有利于减小进盐对底板的热冲击影响,确保储罐的使用寿命。