DSG槽式太阳能集热系统水动力特性研究

【摘要】：与基于导热油的槽式太阳能热发电技术相比,直接蒸汽产生(DSG,Direct steam generation)槽式太阳能热电技术以水为工质简化了系统的结构,提高了集热器出口蒸汽温度,具有较高的发电效率和较低的初始投资,是最具商业前景的太阳能热电技术之一。DSG槽式太阳能集热器是典型的汽水两相系统,容易出现水动力不稳定性现象,危害系统正常运行。因此,研究DSG槽式太阳能热发电系统的水动力不稳定性,为DSG槽式太阳能热电系统的设计和运行提供理论指导,对于推动我国DSG槽式太阳能热电技术的发展具有重要意义。本文建立了DSG槽式太阳能集热器系统数学模型,并针对系统内汽水工质的流动和传热过程,建立了一种基于Lagrange质点追踪方法的数值仿真模型。数值计算结果已有实验结果基本吻合,初步证明了所建立的数学模型的可靠性。基于上述的数值仿真模型,获得了DSG槽式太阳能集热器系统的水动力特性曲线,分析了系统进口工质温度、系统工作压力、太阳能辐射强度和集热器管径等主要参数对系统水动力多值性的影响。结果表明,提高进口工质温度和系统工作压力,有助于改善DSG槽式太阳能集热器系统的水动力特性;太阳能辐射强度越高,系统出现水动力不稳定的流量范围越大;集热管管径越小,系统压降越大,水动力特性趋于稳定,且不稳定范围基本不变。在分析单根集热管水动力特性基础上,进一步对并联布置的DSG集热系统的流量分配特性进行了研究。结果表明,由于受到水动力不稳定性的影响,当并联集热管接受相同的太阳辐射时,集热管间的流量分配可能出现十分显著的差异。当各并联管间的太阳能辐射强度存在偏差时,并联管间的流量分配情况较为复杂:在一定的太阳能辐射强度偏差下,可能会出现太阳辐射强度较大的集热管的管内工质流量也较大这一理想情况;随着太阳辐射强度偏差逐步变大,上述理想流量分配所对应的系统流量范围越来越小;当太阳辐射强度偏差达到一定程度后,上述较为理想的流量分配情况消失,即太阳辐射强度较大的集热管内工质流量较小。上述研究工作可以为DSG槽式太阳能热发电系统的后续研究奠定基础,同时对DSG槽式太阳能热发电系统安全运行提供理论指导。

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