非稳态耦合边界下熔盐相变蓄热过程的复杂热质传递机理研究

从研究太阳能热发电系统吸热蓄热器内相变蓄热过程入手，以熔盐为高温相变蓄热介质，针对太阳辐射在空间和时间上不稳定、不连续的特性及吸热蓄热器内辐射-导热-对流和相变换热相互耦合的特点，开展非稳态热流密度及多种传热方式耦合条件下的相变蓄热过程热质传递机理研究，探讨熔盐在非稳态热流边界下的相变换热特性和强化换热机理；建立吸热蓄热器内辐射-导热-对流和相变换热相互耦合的能量传递模型，开发高效算法及程序，研究多种换热方式耦合条件下的相变换热特性。本项目的研究，能够获得非稳态热流密度边界及耦合边界对相变过程中固液界面位置变化、空穴形成、熔化速率、蓄放热时间和温度场分布等的影响规律；获得多种传热方式耦合条件下的相变换热机理及多种传热方式之间的相互影响规律；建立复合相变蓄热材料筛选及布置方式优化的准则，为蓄热器蓄热性能的优化提供理论依据，进一步促进相变蓄热技术、相变换热理论及耦合传热学理论的完善和发展。

为解决太阳能热发电系统的间歇性问题，本项目以熔盐为高温相变蓄热介质，针对太阳辐射的不连续性及吸热蓄热器内存在辐射-导热-对流和相变换热相互耦合的特点，开展非稳态热流密度边界及多种传热方式耦合边界下的相变蓄热过程热质传递机理研究。主要完成的研究内容如下：建立并完善了太阳能辐射数据及熔融盐热物性测试实验平台，完成了地面太阳辐射数据和熔融盐热物性数据的测量分析；基于蒙特卡罗光线追迹法与有限容积法的跨接程序，获得了碟式吸热腔表面热流密度分布及吸热腔内耦合换热特性，并进一步开展了结构优化研究；分析了非稳态边界下及耦合边界下的相变换热特性，揭示了非稳态热流密度边界及耦合边界对相变过程中固液界面位置变化、熔化速率、蓄放热时间和温度场分布等的影响规律；实现了集热和蓄热单元的一体化研究，获得了太阳辐射非稳态变化对集热及蓄热单元性能的影响规律；探讨了强化传热管应用于相变蓄热过程的可行性，并开展了相变蓄热过程的协同强化研究。本项目圆满地完成了预定研究任务，达到了预期研究目标，研究结果对于太阳能热发电系统储热单元的设计和优化，具有重要的理论意义和工程应用价值。