太阳能热发电主要由聚光系统,集热系统,储热系统,发电系统等四大部分组成,聚光系统主要难点是反射镜的跟踪精度以及光线反射过程中的光路损失,而集热管性能的优劣是太阳能热发电最重要的环节,大家知道太阳总是时刻变化的,因此这导致了热流密度作用在集热管上的不均匀性,在不均匀高热流作用下,集热管会发生弯曲变形,使集热管寿命减小,因此本文将重点对集热管性能进行研究,我们将从以下方面进行集热管性能的优化分析,第一:集热管的壁厚,材质导热性影响着与管内介质直接的对流传热,第二:由于热流密度的不均匀,长时间的使用会引起集热管的弯曲变形进而缩短集热管的使用寿命,严重时甚至会发生爆炸影响整个电站工作人员的生命,是高成本电站所难以承受的。本文选取以水为流体介质的高热流太阳能集热管作为参考对象,使用Ansys fluent软件对高热流密度下的集热管进行传热性能、热应力及变形的数值模拟,通过对模拟数值的分析得出如何减小集热管等效应力与变形量的理论解决方法。本文主要研究内容包括:首先将水在不同高温下的变化过程分为过冷区、两相区、过热区。然后对三个不同的区域建立不同的的物理模型、数学模型。再通过模拟不同流体的流速、不同的热流密度以及不同的热流作用位置来分析集热管沿轴向、周向、径向的等效应力与变形量的曲线示意图。对于复杂的两相区,还需要分析干度,管壁厚度对集热管沿周向、轴向、径向的等效应力和变形量的曲线模拟图。再通过不同的集热管材料来分析不同方向的等效应力与变形量的曲线模拟图,最后综合上述分析来总结出最优的集热管的参数。本文通过对集热管在不同的热流密度、不同的流速、不同的热流密度的作用位置、不同换热系数、不同的管壁厚度、不同的集热管材质等情况下的热应力及变形情况分析,为太阳能集热管的优化设计提供了一定的参考基础。