新型中高温太阳能喷雾式蒸汽发生器研究

论文摘要

近年来,随着我国工业进程地加快,消耗的蒸汽量也迅速增加。工业上所用的蒸汽属于100℃～400℃中高温蒸汽范围,其来源多是通过煤锅炉或电锅炉产生的。然而,环境污染和成本上涨等问题使传统的蒸汽获得方法不适宜工业上的长期稳定发展。利用太阳能产生中高温蒸汽将是太阳能中高温利用中最有发展前景的领域之一。本文设计了一套中高温太阳能蒸汽发生系统,将太阳能集热与蒸汽发生分为两个独立的部分,有效地解决了太阳能直接蒸汽发生系统存在的问题。系统主要由新型太阳能集热器、喷雾式蒸汽发生器、循环油泵和储油罐构成,传热工质采用导热油。为提高太阳能蒸汽发生器的蒸汽产生效率,本文将喷雾技术应用到蒸汽发生器中,设计了一种新型喷雾式蒸汽发生器。导热油自上向下在螺旋盘管内流动,喷雾器位于螺旋盘管的下方,水经喷雾器雾化成水滴后自下向上喷向螺旋盘管瞬间产生蒸汽。利用Fluent中的DPM模型颗粒流轨道跟踪功能,模拟了雾化水滴群在蒸汽发生器内的分布情况;通过统计有效颗粒流的数量,得到了一定容积下喷雾式蒸汽发生器喷雾锥角、盘管间距和盘管中间面直径的最佳值。在分析喷雾式蒸汽发生器传热过程的基础上,建立了完整的喷雾式蒸汽发生器的数学模型并进行积分求解,得到了水滴表面温度和表面半径随时间的变化规律,并进一步讨论了系统结构参数及工况条件对水滴汽化时间的影响,为喷雾式蒸汽发生器的理论研究奠定了基础,对日后的实验研究具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 中高温太阳能蒸汽发生系统的国内外应用现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 中高温太阳能蒸汽发生系统
• 2.1 系统构成及工作原理
• 2.2 系统工作介质及主要部件
• 2.3 本章小结
• 3 喷雾式蒸汽发生器的新型结构及理论分析
• 3.1 喷雾式蒸汽发生器的结构
• 3.2 物理模型及传热过程分析
• 3.3 喷雾式蒸汽发生器结构的理论分析
• 3.4 本章小结
• 4 喷雾式蒸汽发生器的数学模型及汽化时间研究
• 4.1 雾化水滴群的运动过程及汽化过程
• 4.2 喷雾式蒸汽发生器的数学模型
• 4.3 水滴表面温度和表面半径随时间的变化规律
• 4.4 水滴的汽化时间研究
• 4.5 喷雾式和沉浸式蒸汽发生器的分析及比较
• 4.6 本章小结
• 5 结论及展望
• 5.1 全文内容总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录攻读学位期间发表论文及参与课题项目