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《武汉理工大学》 2008年
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太阳能热发电用储热混凝土的制备与储热单元模拟分析

李圆圆  
【摘要】: 太阳能辐射能量不稳定,主要原因是云层的变化,当太阳能电站在进行热发电时,可能会突然受到云层的影响,集热器收到的辐射量短时间内不足,汽轮机不能适应这种不可控制的变化,储热系统可以在阳光正常时储热,在阳光不足时放出热来供给汽轮机运转发电,起到功率缓冲的作用,另一方面,储热材料可以把白天太阳辐射的能量以热能的形式储存起来,到了晚上释放出来进行热发电,这样可以起到削峰填谷的作用。储热系统是太阳能热电站的一个重要组成部分。 本实验用铝酸盐水泥CA-80,工业铜矿渣,钢渣,石墨,制备了一系列太阳能储热混凝土样品,水泥用量对混凝土强度影响很大,水泥用量10%,石墨用量为5%时,烘烤后抗压强度可达42MPa,抗折达到6.3MPa,而水泥用量为6%时,烘烤抗压强度最高31.4MPa,抗折5.3MPa。 石墨用量的增加会增加混凝土的用水量,降低强度,但可大幅提高热导率,C纤维属柔性纤维,对混凝土抗压强度影响不大,但增加抗折强度达33%。钢纤维对材料的抗压,抗折强度均有一定程度的提高,由于铜矿渣,钢渣,本身密度大,增加铜矿渣,钢渣含量可增加体积密度。 基于现已制备的混凝土热导率数据对材料储热循环过程用ansys软件进行了有限元热模拟,用现实的储热系统结构,建立四方简化模型,分四个阶段,储热,保温,放热,保温,施加不同的载荷,四方模型顶点处离热管最远,在传热时存在滞后现象,热导率越低,滞后现象越明显,热导率越高,储热,放热速度越高,保温时材料内温度能很快达到平衡。模拟了管间距对储热性能的影响,当材料的热导率较低时,可缩短管间距来提高储热材料的储性能,但这样会增加管材的数量,增加储热系统的成本。 新设计了两种储热结构,把热管三角错排,最小储热单元由四方形变成正六边形,呈蜂窝状,对称性好,最小面积不变,顶点离热管距离缩短了15%,储放热速度略有提高。 另一种模型,在六边形单元的六角位置引入高热导率的石墨片,体积分数质量分数为5%,与掺5%石墨粉相比,等效热导率提高了近一倍,超过了5W/m℃,在储热分析中发现石墨片内温度梯度小,但在径向方向上热流量很大,通过储热材料的结构设计可大幅度提高储热系统的性能。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TU528

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