静止颗粒群热辐射吸收性能的蒙特卡罗法二维数值研究

摘要

在粒子式太阳能接收器中吸热效率与出口温度难以兼顾，而颗粒群热辐射吸收性能决定其热效率及升温上限，基于蒙特卡罗法建立了外部平行辐射投射下的静止颗粒群辐射传递模型，探究颗粒群几何构型、颗粒粒径、颗粒辐射物性、辐照条件等因素对热辐射传输的影响。结果表明：颗粒群吸热时间与粒径、空间构型无关；但与体积分数成正比，且随外部辐射强度或颗粒表面吸收率的增大而缩短。对给定颗粒群，平衡温度主要依赖于外部辐射强度；总体吸收率主要取决于颗粒表面吸收率。给定空间构型下，二者均与颗粒粒径正相关，且随体积分数的增大具有相似的变化规律。不同空间构型下，颗粒体积分数的增大均在强化吸收外部辐射的同时增大了自发辐射的逸出。现有构型中，棋盘交错型、扇型与随机型下的总体吸收率随体积分数的增大有峰值存在。扇型与随机型达到最高平衡温度和效率所需的颗粒浓度最小。根据计算结果提出了颗粒群总体吸收率经验关联式，其中有82.9%的计算结果与定义式计算值相对误差小于15%。该研究结果可为运动颗粒群辐射传递的计算、粒子式太阳能吸收器的设计提供参考。

关键词

热辐射 / 颗粒辐射物性 / 几何构型 / 吸热时间 / 吸收率 / 平衡温度

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51976162,52130607)