[发明专利]一种太阳能高温吸热器疲劳-蠕变损伤评估方法及系统

权利要求书

1.一种太阳能高温吸热器疲劳-蠕变损伤评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

(S1)根据吸热管的温度场分布和等效应力分布，以冯米拉斯强度准则确定吸热管的潜在危险点；

(S2)通过拟合吸热管的低周疲劳测试数据确定吸热管材料的疲劳特性参数，利用所述等效应力分布通过拟合吸热管的单轴蠕变测试数据获得吸热管材料的蠕变特性参数；

(S3)利用所述疲劳特性参数确定吸热管的疲劳寿命，利用所述潜在危险点的温度和所述蠕变特性参数确定吸热管的蠕变寿命；

(S4)结合吸热管的设计寿命、所述疲劳寿命、所述蠕变寿命计算得到吸热管的疲劳损伤值D_c和蠕变损伤值D_f；

(S5)将所述疲劳损伤值D_c和所述蠕变损伤值D_f代入下式计算得到吸热管的综合损伤系数D_A：

其中，以蠕变损伤为横坐标，疲劳损伤为纵坐标，原点o与坐标点M(D_f，D_c)的连线OM与吸热管的损伤容许域的交点为G(D′_f,D′_c)；

若D_A1，则吸热管无法满足设计年限；若D_A≤1，则吸热管能够满足设计年限，且该数值越小，吸热器设计的安全裕度越大。

2.如权利要求1所述的一种太阳能高温吸热器疲劳-蠕变损伤评估方法，其特征在于，步骤(S4)中，利用公式(9)和公式(10)计算得到吸热管的疲劳损伤值D_c和蠕变损伤值D_f：

其中，吸热管的设计寿命包括吸热管的载荷循环寿命和运行时长寿命，n_design为吸热管的载荷循环寿命，t_design为吸热管的运行时长寿命，t_c(σ_eq,T)为吸热管的蠕变寿命，n_R(σ_eq,T)为吸热管的疲劳寿命。

3.如权利要求1或2所述的一种太阳能高温吸热器疲劳-蠕变损伤评估方法，其特征在于，步骤(S1)中，吸热管的温度场分布的获取方法为：

(S1.1)确定吸热管的尺寸参数、进出口条件和表面的热流密度分布；

(S1.2)以连续性方程、动量方程、能量方程为控制方程，建立共轭传热模型；

(S1.3)利用所述共轭传热模型，以所述进出口条件和所述热流密度分布作为边界条件，结合所述尺寸参数，通过有限体积法，对吸热管壁温进行模拟计算，获取吸热管的温度场分布。

4.如权利要求1或2所述的一种太阳能高温吸热器疲劳-蠕变损伤评估方法，其特征在于，步骤(S1)中，吸热管的等效应力分布的获取方法为：

(S2.1)计算吸热器的径向热应力分量σ_r,T、周向热应力分量σ_θ,T、轴向热应力分量σ_z,T；

(S2.2)计算吸热器的径向压应力分量σ_r,P、周向压应力分量σ_θ,P、轴向压应力分量σ_z,P；

(S2.3)利用公式(3)对相同方向上的热应力分量和压应力分量进行线性叠加，计算吸热管的径向等效应力分量σ_r、周向等效应力分量σ_θ、轴向等效应力分量σ_z：

(S2.4)根据所述等效应力分量利用公式(4)计算吸热管的等效应力分布σ_eq：

5.如权利要求4所述的一种太阳能高温吸热器疲劳-蠕变损伤评估方法，其特征在于，步骤(S2.1)中，利用公式(1)计算吸热器的热应力分量σ_r,T、σ_θ,T、σ_z,T：

式中，ΔT为所述最大壁温差，E为弹性模量，ν为泊松比，α为热膨胀系数，r_o为吸热管外径，r_i为吸热管内径，r为吸热管任意位置的半径。