双层集热棚式太阳能热气流发电系统的性能研究

【摘要】：本文将太阳能热气流发电技术与温室大棚结合起来,提出了一种双层集热棚式太阳能热气流发电系统,通过理论分析和数值模拟的方法获得了系统传热流动特性及其影响因素并进行了一系列对比分析,其主要内容包括：理论分析了双层集热棚式太阳能热气流发电系统的热力循环过程以及系统各部分能量转换机理；推导了系统理论发电功率的表达式,并指出了影响系统发电功率参数；列出了双层集热棚各部分热平衡关系。利用FLUENT软件对系统进行相关数值模拟。分析主次集热棚间距、次集热棚入口高度、次集热棚出口高度这三个参数变化对系统输出功率的影响；得到双层集热棚式太阳能热气流发电系统的速度场、压力场、温度场分布情况；对比单、双层集热棚式太阳能热气流发电系统流场分布特点；说明夏、冬两种运行模式下输出功率及流场分布方面差异；指出夏季模式下次集热棚内通风效果以及冬季模式下次集热棚内保温效果。得出结论：在辐射强度、集热棚半径、烟囱高度、烟囱内径、环境参数一定的情况下,双层集热棚式太阳能热气流发电系统输出功率随着主次集热棚间距、次集热棚入口高度、次集热棚出口高度的增加先增大后减小；在相同尺寸规模下,双层集热棚式太阳能热气流发电系统较传统单层集热棚式太阳能热气流发电系统发电效率有所提高；夏季模式下系统发电功率要远高于冬季模式；夏季次集热棚内的通风效果要明显优于传统温室大棚；采用双层集热棚式也提高了次集热棚冬季保温性能。搭建了小型双层集热棚式太阳能热气流发电系统并进行数据测量,通过对比实验测量值与数值模拟结果,发现在允许的误差范围内实验测量值与数值模拟结果具有很高的吻合度,说明本文数值模拟方法及模拟结果具有很高的可靠性、准确性。 【关键词】：太阳能热气流发电 双层集热棚 数值模拟 实验研究
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 研究背景11-13
• 1.1.1 世界能源供应现状11
• 1.1.2 世界能源消费现状11-12
• 1.1.3 我国能源现状12-13
• 1.1.4 可再生能源开发利用13
• 1.2 太阳能的利用13-17
• 1.2.1 太阳能资源14-15
• 1.2.2 太阳能利用特点15
• 1.2.3 太阳能利用现状与发展15
• 1.2.4 太阳能发电技术15-17
• 1.3 太阳能热气流发电技术17-22
• 1.3.1 基本原理17-18
• 1.3.2 太阳能热气流发电的优势18-20
• 1.3.3 太阳能热气流发电系统国内外研究现状20-22
• 1.3.4 太阳能热气流发电研究存在的问题22
• 1.4 课题的提出22-25
• 1.4.1 课题提出的背景22-23
• 1.4.2 课题研究内容23-25
• 2 双层集热棚式太阳能热气流发电系统热性能分析25-36
• 2.1 太阳辐射25-26
• 2.1.1 太阳辐射量计算25-26
• 2.2 热力循环过程分析26-28
• 2.2.1 系统理想热力循环26-27
• 2.2.2 系统实际热力循环27-28
• 2.3 系统各部分能量转换机理28-31
• 2.3.1 双层集热棚28-29
• 2.3.2 风力透平29-30
• 2.3.3 太阳能烟囱30-31
• 2.4 双层集热棚式太阳能热气流发电系统HAG效应31-33
• 2.4.1 系统相对静压31-32
• 2.4.2 系统抽力计算32-33
• 2.4.3 系统输出功率和发电功率33
• 2.5 双层集热棚热平衡计算33-35
• 2.6 本章小结35-36
• 3 双层集热棚式太阳能热气流发电系统数值模拟36-46
• 3.1 辐射模型36-39
• 3.1.1 辐射特性36-37
• 3.1.2 FLUENT中辐射模型37-38
• 3.1.3 太阳加载模型38-39
• 3.1.4 太阳计算器39
• 3.2 物理模型39-40
• 3.3 数学模型40-42
• 3.3.1 雷诺数40-41
• 3.3.2 三大守恒方程41
• 3.3.3 标准k-ε方程41-42
• 3.4 数值计算42-45
• 3.4.1 前处理42-43
• 3.4.2 求解设置43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 数值模拟结果分析46-58
• 4.1 结构参数变化对系统发电功率影响46-49
• 4.1.1 主次集热棚间距对系统发电功率影响46-47
• 4.1.2 次集热棚入口高度对系统发电功率影响47-48
• 4.1.3 次集热棚出口高度对系统发电功率影响48-49
• 4.2 系统速度场、压力场、温度场分析49-52
• 4.3 单、双层集热棚式太阳能热气流电站流场对比分析52-54
• 4.4 系统夏、冬两种运行模式下流场对比分析54-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 小型双层集热棚式太阳能热气流发电系统实验研究58-69
• 5.1 实验概述58
• 5.2 实验装置基本参数58
• 5.3 实验装置搭建58-61
• 5.4 实验数据测量61-64
• 5.4.1 温度测量系统61-63
• 5.4.2 风速测量系统63-64
• 5.5 实验结果分析64-68
• 5.5.1 双层集热棚运行参数分析64-65
• 5.5.2 单双层集热棚运行参数对比分析65-67
• 5.5.3 实验与数值模拟结果对比分析67-68
• 5.6 本章小结68-69
• 6 总结与展望69-71
• 6.1 主要结论69
• 6.2 展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文75-76

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