窗式颗粒幕吸热器腔内耦合传热机理建模研究

王 莉，王 沛，刘德有

（河海大学 能源与电气学院，江苏 南京 210098）

0 引言

目前，太阳能应用技术发展十分迅速[1]～[3]。塔式系统为商业化太阳光热发电的主要形式之一[4]。吸热器是太阳能向热能转换，实现大规模、高效率发电的关键部件[5]。K Apurv基于超临界二氧化碳（sCO2）布雷顿循环的新一代CSP系统要求的较高循环温度，提出了以硅基颗粒材料为传热、储热介质的颗粒幕吸热器[6]。太阳光经过聚焦后直接照射到吸热器中，大量的颗粒从吸热器顶部下落，形成颗粒幕状物来吸收太阳辐射能，在加热过程中，颗粒能够被加热到1 000℃以上[7]。与其他太阳能吸热器相比，颗粒幕吸热器的优点包括：①颗粒可以直接吸收聚集的太阳辐射能，不需要额外的流体管道；②颗粒可以达到更高的工作温度；③颗粒可以同时作为换热介质和热存储介质，不需要额外的管道和热交换设备；④使用颗粒作为介质时系统成本较低；⑤在高温条件下，系统可以达到高度稳定[8]。

颗粒幕吸热器的概念是由桑地亚国家实验室SNL（Sandia National Laboratories）的J Martin于1982年提出[9]。随后，P K Falcone对不同颗粒尺寸的颗粒幕吸热器性能进行评估，提出并分析了颗粒幕吸热器的概念设计，确定了主要技术的研究领域[10]。H Chen在2007年开发了改进样机，N P Siegel于2010年通过中试规模的on-sun实验对该样机进行了实验，实验结果表明，吸热器的热效率超过50%，吸热器进、出口处颗粒最大温度差 为250℃[11]，[12]。B Gobereit对 下 落 式 吸 热 器 中 颗粒的光学和辐射特性进行研究发现，通过过渡金属着色的扩散，使颗粒对于太阳辐射的吸收率提高到95%[13]。……