塔式太阳能热板吸热器高温性能与寿命预测

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在太阳光的直射条件下工作,以及四季和气候的变化影响,塔式太阳能热板吸热器受到不均匀、非稳态、高热流密度载荷的作用。通过蠕变试验和有限元模拟的方法,本文对热板吸热器进行了高温热应力和高温蠕变性能的分析;并利用等温线外推法、Larson-Miller法、修正θ法三种方法对吸热器进行了寿命预测。主要研究内容和结果如下:  (1)当受光板温度为800℃,冷凝板温度为700℃时,经过有限元的模拟优化,决定热板吸热器的热板部分内部采用16根内径为12mm且外径为20mm的空心圆柱拉杆作为支撑结构。模拟结果发现受光板和拉杆连接处的最大热应力为23.6MPa。  (2)在RD-50微控电子式蠕变持久试验机上,根据GB2039-2012标准做了单轴拉伸蠕变试验。得到了875℃和925℃的20MPa、25MPa、35MPa、45MPa条件下的8组试验。然后,通过修正θ投影法拟合得到800℃下23.6MPa的蠕变曲线。为有限元模拟太阳能吸热器热板部分蠕变性能提供蠕变参数。  (3)对非均温拉杆进行蠕变模拟分析,得出在轴向上从上端(高温端)到下端(低温端)拉杆蠕变应变先降低再升高,中部蠕变应变最低,两端蠕变应变较大,但下端明显比上端应变大。在拉杆的上端和下端的径向路径,蠕变应变由里往外线性增大,拉杆外面蠕变应变最大。拉杆的Mises应力与蠕变应变的规律不同,在拉杆轴向路径上Mises应力从上端到下端逐渐增大。并且应力增长的速率与温度梯度方向相反,这一结论和蠕变速率正好相反。在拉杆的上端和下端的径向方向Mises应力由内到外线性增大,在外面达到最大。得出在拉杆的两端是容易发生破坏的部位,拉杆上端和下端相比较,下端的应力和蠕变应变更大,更容易先发生破坏。  (4)在受光板温度为800℃和冷凝板温为700℃的环境下工作,对热板吸热器的受光板进行高温寿命预测。根据L-M法进行预测结果为tf=28497h,等温线外推法预测结果为tf=21457h,修正θ函数法进行预测的结果为tf=23386h。三者预测寿命接近,取三者平均值可以预测得出热板吸热器大概在2.8年的使用寿命。
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