半周受热下吸热器横纹管的热应力分析

作     者：曾宪民 李柏云 沈向阳 陈嘉澍 丁力行 

作者机构：仲恺农业工程学院机电工程学院 

出 版 物：《发电技术》 (Power Generation Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51606227) 

主　　题：光热发电 太阳能吸热器 柱式吸热器 横纹管 热应力 熔盐 数值模拟 

摘      要：【目的】在日常运行中，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。