发电技术 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (1): 190-199.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.23126
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曾宪民, 李柏云, 沈向阳, 陈嘉澍, 丁力行
收稿日期:
2023-12-21
修回日期:
2024-03-05
出版日期:
2025-02-28
发布日期:
2025-02-27
通讯作者:
沈向阳
作者简介:
基金资助:
Xianmin ZENG, Boyun LI, Xiangyang SHEN, Jiashu CHEN, Lixing DING
Received:
2023-12-21
Revised:
2024-03-05
Published:
2025-02-28
Online:
2025-02-27
Contact:
Xiangyang SHEN
Supported by:
摘要:
目的 在日常运行中,太阳能吸热器管面外壁内外侧热流密度高低不均,导致管壁温分布不均匀、梯度变化大,易产生较高的热应力,从而使吸热管发生变形甚至结构损伤失效。为此,对柱式吸热器中吸热管所受热应力开展了研究。 方法 采用Ansys中Design Modeler建立吸热管的三维模型,利用Mesh进行网格划分,然后用Fluent对半周受热下吸热管热应力进行数值模拟。 结果 横纹管在半周受热方式下,高热流密度侧管外壁的热应力最大,高低热流密度受热面的交界处管壁热应力最小。横纹管凹槽处的热应力值大于光滑段,槽宽相同时,槽深越大,横纹管凹槽段的等效热应力最大值越大;槽深相同时,槽宽越大,横纹管等效热应力最大值越小。横纹管的等效热应力最大值随熔盐进口温度的升高而增大,随熔盐进口流速的增大而减小。 结论 通过热应力分析可知热流密度、槽深、槽宽、进口温度和进口流速对横纹管所受热应力大小的影响规律,对延长柱式吸热器的使用寿命具有重要意义。
中图分类号:
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密度/(kg/m3) | 定压比热容/[J/(kg⋅℃)] | 导热系数/[W/(m⋅℃)] | 弹性模量/GPa | 泊松比 | 热膨胀系数/ ℃-1 |
---|---|---|---|---|---|
7 980 | 502 | 18.4 | 193 | 0.305 | 1.4×10-4 |
表1 不锈钢316L的物性参数
Tab. 1 Physical properties of stainless steel 316L
密度/(kg/m3) | 定压比热容/[J/(kg⋅℃)] | 导热系数/[W/(m⋅℃)] | 弹性模量/GPa | 泊松比 | 热膨胀系数/ ℃-1 |
---|---|---|---|---|---|
7 980 | 502 | 18.4 | 193 | 0.305 | 1.4×10-4 |
横纹管 | 槽宽P1/mm | 槽深e/mm |
---|---|---|
1号管(T1-a) | 4.3 | 0.45 |
2号管(T1-b) | 4.3 | 0.70 |
3号管(T1-c) | 4.3 | 0.95 |
4号管(T2-a) | 7.3 | 0.45 |
5号管(T2-b) | 7.3 | 0.70 |
6号管(T2-c) | 7.3 | 0.95 |
表2 横纹管的槽宽和槽深参数
Tab. 2 Parameters of groove width and groove depth for transversally corrugated tubes
横纹管 | 槽宽P1/mm | 槽深e/mm |
---|---|---|
1号管(T1-a) | 4.3 | 0.45 |
2号管(T1-b) | 4.3 | 0.70 |
3号管(T1-c) | 4.3 | 0.95 |
4号管(T2-a) | 7.3 | 0.45 |
5号管(T2-b) | 7.3 | 0.70 |
6号管(T2-c) | 7.3 | 0.95 |
图8 不同结构横纹管一个节距各截面的等效热应力最大值
Fig. 8 Maximum values of equivalent thermal stress in cross-section at a pitch for differently structured transversally corrugated tubes
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