太阳能热气流发电技术的研究

【摘要】：能源是人类社会发展的重要基础资源。在这个能源当道的时代,国际油价持续增长牵动着各个国家的命脉,日益严重的环境问题迫切地需要人类寻求可再生能源。太阳能热气流发电技术是利用太阳能和运用烟囱效应、涡轮机组发电技术进行发电的一种新的太阳能热发电技术,该技术具有资源丰富、清洁无污染、可再生、发电成本低、结构简单等优点。 本文在太阳能热气流发电系统的能量转换和输出功率理论基础上,设计搭建了一个小型的实验装置,对实验装置的温度场和烟囱出口风速进行了测量。并通过改变系统几何尺寸,研究得出烟囱高度、烟囱直径、流道形式等几何尺寸对系统性能的影响规律。 同时,本文应用数值计算方法,在一定假设条件下,建立了太阳能热气流发电系统的数值计算模型。采用FLUENT软件对太阳能热气流发电系统中的速度场和压力场进行了数值模拟,研究得出了集热棚直径、集热棚入口高度、烟囱形状、烟囱高度、烟囱直径等几何尺寸对系统性能的影响规律。 最后,本文对数值模拟的结果和实验结果进行了比较分析。综合模拟和实验研究表明：在其他条件不变的情况下,集热棚入口高度对太阳能热气流发电系统的发电功率没有影响；烟囱直径存在最佳值,使系统的发电功率最大；太阳热气流发电系统的发电功率随集热棚直径、烟囱高度的增大而增大；烟囱形状为渐扩型时发电功率比较大,但其实际建造有困难；蓄热层黑度越高系统效率越高;集热棚和烟囱连接光滑流道比直角流道对系统更有利。 模拟和实验研究为实用性的太阳能热气流发电站的优化设计和建造提供了依据和指导,本文在研究了系统几何尺寸和形体变化对系统性能的影响的基础上设计了功率为200MW电站的合理尺寸。 【关键词】：太阳能热气流发电 数值模拟 优化 影响因素
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 符号清单8-10
• 目录10-13
• 1 绪论13-28
• 1.1 世界及我国的能源问题13-14
• 1.2 太阳能热发电技术概况14-20
• 1.2.1 塔式发电系统14-16
• 1.2.2 碟式发电系统16-17
• 1.2.3 槽式发电系统17-20
• 1.3 太阳能热气流发电技术概况20-26
• 1.3.1 基本原理20
• 1.3.2 特点20-22
• 1.3.3 现状与发展22-26
• 1.4 本文主要工作内容26-28
• 2 太阳能热气流发电系统的能量转换分析28-33
• 2.1 系统热力循环过程28-29
• 2.2 系统能量转换机制29-31
• 2.2.1 集热棚效应29-30
• 2.2.2 烟囱效应30-31
• 2.2.3 涡轮机的能量转换31
• 2.3 系统能量转换效率分析31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 太阳能热气流发电系统的实验装置设计33-42
• 3.1 太阳能热气流发电系统结构设计33-36
• 3.1.1 烟囱的设计要求33
• 3.1.2 集热棚的设计要求33-34
• 3.1.3 实验装置结构设计34-36
• 3.2 太阳能热气流发电系统实验装置36-38
• 3.3 实验设备与实验仪器38-41
• 3.3.1 太阳模拟发射器38-39
• 3.3.2 太阳能总辐射表和太阳辐射自记仪39-40
• 3.3.3 温度测量系统和数据采集仪40
• 3.3.4 风速仪40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 太阳能热气流发电系统的实验结果及讨论42-54
• 4.1 实验方法42-43
• 4.2 实验结果分析43-52
• 4.2.1 实验系统温度场分布规律43-45
• 4.2.2 流道对温度场和速度场的影响45-46
• 4.2.3 蓄热层材料对温度场和速度场的影响46-48
• 4.2.4 烟囱高度对温度场和速度场的影响48-49
• 4.2.5 烟囱直径对温度场和速度场的影响49-51
• 4.2.6 太阳辐射强度对温度场和速度场的影响51-52
• 4.3 本章小结52-54
• 5 太阳能热气流发电系统的数值模型和模拟54-60
• 5.1 物理模型54
• 5.2 数学模型54-57
• 5.3 FLUENT软件使用方法57-59
• 5.3.1 几何建模和网格生成57
• 5.3.2 FLUENT软件的设置57-59
• 5.3.3 模拟计算方法59
• 5.4 本章小结59-60
• 6 太阳能热气流发电系统的数值模拟结果及讨论60-72
• 6.1 模拟研究工况60-61
• 6.2 模拟结果与讨论61-66
• 6.2.1 烟囱高度对系统性能的影响61-62
• 6.2.2 烟囱直径对系统性能的影响62-63
• 6.2.3 烟囱形状对系统性能的影响63-64
• 6.2.4 集热棚入口高度对系统性能的影响64
• 6.2.5 集热棚直径对系统性能的影响64-66
• 6.2.6 太阳辐射强度对系统性能的影响66
• 6.3 模拟计算结果与实验结果比较分析66-67
• 6.4 实际电站的设计优化与可行性分析67-70
• 6.4.1 200兆瓦电站选型及尺寸设计67-69
• 6.4.2 电站可行性分析69-70
• 6.5 本章小结70-72
• 7 总结与展望72-75
• 7.1 总结72-73
• 7.2 展望73-75
• 参考文献75-80
• 附录1：太阳能热气流发电系统网格划分图80-81
• 附录2：太阳能热气流发电系统流场分布图81-85
• 附录3：太阳能热气流发电系统压力场分布图85-88
• 作者简介88

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