高密度非均匀强热震辐射热流条件下的太阳能吸热器热应力机理研究

吸热器的安全性对于太阳能热发电系统至关重要。本课题以高密度（300kW/m2~10000kW/m2）非均匀强热震辐射热流条件下，太阳能吸热器的高温导热-对流-辐射耦合传热以及温度场与应力场的耦合作用为研究对象，探索吸热器的热应力和热疲劳机理。采用温度场与应力场相互耦合的方法建立高温复杂剧变条件下的吸热器三维耦合传热及热弹性力学数学模型，将材料的力学参数随温度的变化实时耦合，对吸热器在不同工况下的热应力和热疲劳进行研究，并进行实验验证。本课题旨在揭示在极强、不均匀以及剧烈变化的辐射热流的恶劣工况条件下吸热器的热应力产生机理，得到吸热器的热应力及热疲劳消减机制。为解决吸热器的安全性难题提供有力的理论基础。

吸热器的安全性对于太阳能热发电系统至关重要。本课题以高密度（300kW/m2~10000kW/m2）非均匀强热震辐射热流条件下，太阳能吸热器的高温导热-对流-辐射耦合传热以及温度场与应力场的耦合作用为研究对象，探索吸热器的热应力和热疲劳机理。本课题采用朗伯特辐射传递机理，搭建了高密度（10MW/m2）能流测试仪，成功对吸热器采光口处的能流分布进行了实时在线测量，得到任意时刻能流分布值，作为吸热器传热研究的边界条件。建立了吸热器热性能数学模型对吸热器的热损失机理进行了研究，设计完成吸热器，并采用导热、对流和辐射耦合传热的方法对腔式吸热器内的温度场分布进行了数值模拟，得到了吸热器结构参数、流程等对于吸热器内温度分布的影响。采用有限元分析方法，对得到温度分布的吸热管进行了热应力研究，研究了热流分布、流体温度、管机构参数等对于热应力的影响机理，并计算得到吸热器热疲劳寿命。在热应力研究的基础上建立了吸热器许用能流密度数学模型，得到热应力对于吸热器许用能流密度的影响，得到吸热器30年寿命条件下的许用热流密度，并给出了提高许用热流密度的途径。