近日，石油工程学院刘帅帅副教授在国际知名能源期刊《Energy》发表了题为“Analysis of thermal-flow-stress performance of parabolic trough direct steam generation collectors under reflector installation deviations”的文章，文章共16页，图18幅。该研究针对直接蒸汽发生（DSG）槽式集热器在实际运行中普遍存在但尚未被系统研究的反射镜安装偏差问题，开展了深入的多物理场耦合分析，揭示了安装误差对集热器热-流-应力性能的影响规律，并提出了关键控制阈值。该成果为提升DSG系统的运行效率与安全性提供了重要的理论依据。

槽式太阳能热发电是当前最具发展潜力的光热发电技术之一，其中直接蒸汽发生技术因系统结构简单、热响应快、低碳排放等优势，成为重要的发展方向。然而，在实际工程中，DSG集热器长期承受管内变传热系数与管外非均匀热流分布的双重作用，而反射镜安装偏差会进一步加剧热流分布的畸变，显著增加局部过热及结构失效的风险。目前，关于安装误差对DSG集热器性能影响的研究仍属空白。

针对上述问题，研究团队建立了涵盖光学、热学、流体力学与结构力学的多物理场耦合模型，综合运用欧拉双流体模型、蒙特卡洛射线追踪法、有限体积法及有限元法，系统评估了不同反射镜安装误差条件下DSG吸收管的热力性能。研究结果表明，反射镜安装误差对集热器流动换热性能的影响存在明显的临界性，其阈值约为7 mrad。当安装误差小于该阈值时，系统整体换热性能保持稳定，蒸发段集热效率约为62.4%，过热段效率波动仅1.8%。当误差超过7 mrad时，集热器的流动传热性能与应力变形显著恶化，在双侧安装误差的情况下，集热效率甚至趋近于零。

研究还发现，不同方向与类型的安装误差对集热管的热-力响应存在显著差异。正方向的安装误差易引发局部应力集中与显著变形，尤其在过热阶段风险最高；而不同误差模式下的应力峰值、变形方向及等效分布均表现出高度差异化的特征。研究明确指出，为确保DSG系统高效安全运行，必须将反射镜安装误差控制在7 mrad以内，并应特别避免某些高风险误差模式。

该研究系统揭示了反射镜安装偏差对DSG集热器多场性能的影响机制，为DSG槽式集热器的设计与安装提供了定量化指导，也为提升光热电站的运行安全性与经济性奠定了理论基础。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.139599