碟式斯特林太阳能热发电技术是可再生能源开发利用中具有潜力的一种应用方式,其热发电系统的效率与斯特林机光热转化过程有着密切的联系,管式加热器即斯特林机中能量转换最重要的热交换器。因此,根据对管式加热器内部温度和压力的分布特性的分析可得,对U型加热管进行结构优化是提高管式加热器热性能和碟式太阳能热发电系统效率的有效途径。综上所述本文通过多目标遗传算法获得加热器结构与运行参数的Pareto解集,运用UG建立1 k Wβ型斯特林发动机U型管式加热器三维模型,借助Matlab和Fluent等软件平台对其传热与阻力性能进行分析。对β型斯特林发动机U型管式加热器的结构和运行参数进行分析,通过计算二者耦合对加热器换热效率和换热系数的影响获得最优参数范围。同时,分析加热器运行过程中存在的各项损失,主要包括流阻损失、导热损失、腔体反射热损失和对流换热损失。在影响换热效率、换热系数和流阻损失的参数中,选择相互独立的参数作为决策变量,换热效率、换热系数和流阻损失为目标函数,采用TOPSIS方法对Pareto解集进行排序获得最优理想解。为了分析斯特林发动机加热器的传热与阻力性能,对U型管式加热器中加热管管壁采取非均匀流稳态的边界条件,模拟碟式聚光器点聚焦下的管式加热器换热过程。探究不同入口温度、入口速度和工质对均匀流和非均匀流管式加热器不同截面处平均温度和进出口压降的影响。研究稳态换热的无量纲参数Re、Nu和Eu的关系,数值模拟计算中Re的范围是0-500,拟合关联式分别为Nu=6.6107Re^0.0124 和Eu=76183.6Re^-0.868。针对加热器中U型加热管内部添加矩形微肋的方式来增强斯特林机加热器的换热能力,采用UDF编译正弦速度入口及余弦压力出口边界条件,模拟计算加热管内部工质的交变流动状态,探究不同肋片长度L^*和不同肋片高度H对微肋管Nu、换热量q、阻力系数f及热性能比j的影响,进而分析最优微肋结构参数对加热管强化换热的影响。