太阳能烟囱发电系统集热器的传热与流动过程的研究

【摘要】：随着社会的发展,人类社会对可再生清洁能源的需求越来越高,太阳能烟囱发电技术本身所具有的设备简单、投资费用低、良好的环境效应等优点将使其成为人类解决能源问题的重要手段之一。但到目前为止,除了Schlaich教授于1982年在西班牙马德里南部附近沙漠地区建造的世界上第一座太阳能烟囱实验性发电站外,还没有建造一座商业运行的太阳能烟囱发电站。这主要是因为太阳能烟囱发电系统的能量转换效率偏低。本课题即由此着手,将理论分析和数值模拟相结合,对太阳能烟囱发电系统的集热器做了较为全面的研究。 本论文从回顾太阳能烟囱发电技术的背景、起源、进展和既存问题入手,归纳其特点对其可行性和发电原理进行了阐述。在太阳能烟囱发电系统中,集热棚是影响其发电效率的关键部件之一。为了提高太阳能烟囱发电系统的发电效率,建立了适合于太阳能烟囱系统的数值模型,从理论上模拟计算了集热棚内部的集热效率,得出了集热棚吸热效率的分布曲线。针对集热效率低的部位采取相应的改进措施,以提高太阳能烟囱发电系统的整体效率。 我们对热力系统进行能量分析时,希望通过对能量形态的变化过程分析,定量计算能量有效利用及损失等情况,弄清造成损失的部位和原因,以便提出改进措施。因此,本文建立了太阳能烟囱发电系统(火用)效率模型,对集热器内的(火用)进行了分析,得出(火用)损失最大的部位。并对不同规模的太阳能烟囱发电系统进行了计算验证。 在理论分析的基础上,建立了太阳能烟囱集热器内的质量、动量及能量等方程在内的控制方程组,应用FLUENT对太阳能烟囱集热棚中的气流进行数值模拟；得到了棚内的温度场和速度场,并提出了改进模型,同时对其进行了数值模拟。将模拟结果与未优化之前的进行了比较分析,得出最优的改进方案。 【关键词】：太阳能烟囱发电 集热效率 (火用)效率 数值模拟
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-32
• 1.1. 研究背景10-13
• 1.1.1. 世界及我国能源问题10-11
• 1.1.2. 可再生能源的开发利用11-13
• 1.2. 太阳能烟囱发电技术的可行性13-17
• 1.2.1. 太阳能的优点13-15
• 1.2.2. 太阳能发电技术的发展15-16
• 1.2.3. 太阳能烟囱发电技术的提出16-17
• 1.3. 太阳能烟囱发电技术的原理及其起源和进展17-28
• 1.3.1. 太阳能烟囱发电的原理17-19
• 1.3.2. 太阳能烟囱发电技术特点19-21
• 1.3.3. 太阳能烟囱发电技术的起源和进展21-28
• 1.4. 太阳能烟囱发电技术的建议和前景28-29
• 1.4.1. 太阳能烟囱发电技术的缺点28-29
• 1.4.2. 改进措施29
• 1.4.3. 太阳能烟囱发电技术的应用前景29
• 1.5. 课题的提出29-32
• 1.5.1. 课题提出的背景和意义29-30
• 1.5.2. 本文的主要研究内容30
• 1.5.3. 本课题的难点及存在问题30-31
• 1.5.4. 本课题的研究意义31-32
• 2 太阳能烟囱发电系统的集热棚效率分析32-39
• 2.1. 集热棚的基本参数设定32-33
• 2.1.1. 太阳能烟囱发电系统的假设条件和参数设定32-33
• 2.1.2. SCPP系统的能量平衡方程33
• 2.2. 集热棚内的流动空气温度和效率分布情况33-36
• 2.2.1. 管内受迫对流换热模型35
• 2.2.2. 平行板间对流换热模型35-36
• 2.3. 计算结果与分析36-38
• 2.4. 提高传热效率的改进方法38
• 2.5. 本章小结38-39
• 3 太阳能烟囱发电系统的集热棚(火用)分析39-51
• 3.1. "(火用)"的概念39-41
• 3.1.1. (火用)与能量39
• 3.1.2. (火用)和(火无)的概念39-40
• 3.1.3. 能量的转换规律40
• 3.1.4. 热量(火用)40
• 3.1.5. (火用)平衡与(火用)分析40-41
• 3.2. 太阳能烟囱发电系统集热棚的热力过程41-45
• 3.2.1. 太阳能烟囱发电系统简化模型的主要假设条件43-44
• 3.2.2. 太阳能烟囱发电系统系统的集热棚内的热力过程44-45
• 3.3. 太阳能烟囱发电系统集热棚的(火用)效率45-49
• 3.3.1. 太阳能烟囱发电系统集热棚的(火用)分析的理论基础45-46
• 3.3.2. 太阳能烟囱发电系统集热棚的(火用)分析结果46-48
• 3.3.3. 输入参数改变时，输出结果的响应趋势48-49
• 3.4. 本章小结49-51
• 4 太阳能烟囱发电系统集热棚的数值模型51-57
• 4.1. 实物模型51
• 4.2. 数学模型51-54
• 4.2.1. 数值传热学理论52-53
• 4.2.2. 湍流数学模型53-54
• 4.3. FLUENT的使用54-57
• 4.3.1. 网格的生成54
• 4.3.2. FLUENT软件的部分置54-57
• 5 数值模拟及其结果分析和讨论57-77
• 5.1. 模拟结果及其分析58-62
• 5.2. 改进模型模拟结果及其分析62-73
• 5.2.1. 改进模型1——地面绝热62-66
• 5.2.2. 改进模型2——双层真空玻璃集热板66-73
• 5.3. 结果对比分析73-76
• 5.4. 本章小结76-77
• 6 全文总结及展望77-79
• 6.1. 全文工作总结77
• 6.2. 下一步工作展望77-79
• 参考文献79-84
• 攻读硕士学位期间发表论文84-85
• 致谢85

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