MW级太阳能热气流电站传热和流动特性研究

基于Schlaich提出的太阳能热气流电站的概念以及集热棚的温室效应、烟囱抽力机制和蓄热层的蓄热原理,研究MW级太阳能热气流电站的性能特点．对集热棚、烟囱内空气的传热和流动过程进行理论分析和数值模拟,并分析了烟囱的抽力和系统做功能力,通过求取热气流的温度场、流场和压力场,分析了涡轮机负荷对烟囱抽力以及系统的做功能力的影响,最后,根据中国太阳能分布特点,分析了太阳能热气流电站发电技术在中国西北地区实施的前景,为太阳能热气流电站的设计和应用提供了理论依据。     

太阳能热气流发电系统流道优化研究

基于相对压力概念,构建了太阳能热气流发电系统新数学模型,并对西班牙太阳能热气流电站模型进行数值模拟,分析了其流场和温度场,并据此对原始模型进行优化.计算结果表明:通过对发电系统集热棚出口和烟囱进口的局部流道进行优化,使烟囱进口处局部流速增大约14%,温度场更加均匀,相对压力减小约50%,提高了系统做功能力和能量转换效率,同时减上蒂统能量损失.数值模拟结果为太阳能热气流发电系统的设计和应用提供理论依据.     

太阳能烟囱强化自然通风的研究现状

 自然通风是一种节能的被动式通风冷却技术,其原理是在由温差引起的热压或风压的作用下驱动室内空间的空气自然流动,与机械通风相比,自然通风具有显著的节能优点。太阳能烟囱利用太阳辐射加热烟囱通道内的空气,提高温差,从而强化自然通风。本研究介绍了太阳能集热墙体(Trombe)式和倾斜集热板屋顶式两种典型太阳能烟囱的结构及其强化自然通风的基本原理。详细讨论了影响太阳能烟囱通风性能的主要因素,并介绍国内外学者对太阳能烟囱的主要研究方法和相关研究成果。太阳能烟囱的高度和深度(玻璃盖板与集热墙的间距)影响烟囱内空气的温升以及空气的自然对流的流动特点,从而影响了太阳能烟囱的自然通风流量。空气流量随着烟囱深度的增加而增加,但烟囱深度超过一定值后空气流量不增反减。当烟囱的深高比超过2.5后,烟囱出口端会出现逆流,从而抑制了通风量的增加。集热墙的结构以及倾斜角度对太阳能烟囱自然通风效果的影响与地理位置和气候条件等因素有关。研究太阳能烟囱自然通风的理论方法包括基于能量平衡分析的模型和基于计算流体力学的数值模拟。分析了太阳能烟囱自然通风研究中需要改进的问题。     

基于遗传算法的太阳能烟囱发电站结构优化

为了研究太阳能烟囱发电站的几何参数与其输出功率之间的关系,本文提出了一个考虑系统不可逆损失的太阳能烟囱发电站理论分析模型。首先用西班牙Manzanares太阳能烟囱试验电站的实验数据验证所建立的理论模型的可靠性,结果表明该理论模型能较好地预测系统输出功率,不考虑系统不可逆损失时系统输出功率会高约24%。然后利用该理论模型对集热棚半径、烟囱高度和烟囱半径进行参数敏感性分析,结果表明:集热棚半径增大到一个"拐点"后建筑成本依然近似线性增长但系统各项性能变化不明显;增加烟囱高度要比增加集热棚半径更有助于系统输出功率和热效率的提高;烟囱半径增大到一定程度后系统输出功率趋于稳定,上升气流速度不断减小但系统质量流量显著增大。最后基于遗传算法利用提出的理论模型和建筑成本模型开发了太阳能烟囱发电站的多目标结构优化程序。对西班牙Manzanares太阳能烟囱试验电站进行结构优化,优化后总建筑成本是原型的2.47倍,但是输出功率可达到原型的3.91倍。该研究内容可为太阳能烟囱发电站的设计提供理论指导。     

烟囱性状对立式集热板太阳能热气流电站系统性能的影响

在传统太阳能热气流电站基础上,设计了一种应用于城市的立式集热板太阳能热气流发电系统,并利用FLUENT软件对立式集热板太阳能热气流电站系统进行数值模拟,在不同集热板高度、宽度和空气层厚度下的模拟结果表明:随着集热板高度、宽度和空气层厚度的增加,系统通风量和系统最大功率都是增大的,增大幅度越来越慢,甚至减小;系统最大能量转换效率随高度的增加而增加,集热板高度和空气层厚度对其影响较小;集热板宽度与宽度之间存在一个最佳比值为15～25,使得在此比值范围内,系统通风量最大;考虑到城市建筑形象和空气层厚度对系统通风量的影响,空气层最佳厚度为0.2～0.4 m.     

太阳能热气流技术研究进展

太阳能热气流技术是近几十年来发展迅速的太阳能热利用技术,它拥有环境友好、技术成本低、应用领域广、适合大规模发电利用等特点。这些年国内外学者对太阳能热气流技术的发展和太阳能烟囱的应用做出了大量杰出的研究工作。总结了近期尤其是近一两年太阳能热气流技术在发电以及暖通领域的最新成果,为我国太能热气流技术的进一步发展提供依据。     

太阳能烟囱发电系统蓄热层的试验研究

搭建了3台带有不同石块蓄热介质蓄热层的太阳能烟囱发电系统对比试验装置,在实际天气条件下,对该装置的运行性能进行了测试,并对试验结果进行了对比分析.结果表明:石块蓄热层具有储存热量的能力,随着蓄热层深度的增加,蓄热层内温度随外界影响就越小.系统内热气流的温升主要在集热棚的中前段,不同时间层热气流温升幅度不同.辐射强度、辐...     

太阳能光热发电的集热技术现状及前景分析

太阳能光热发电是目前太阳能利用领域中发展最为迅速、最具研究价值的技术之一,相较于光伏发电具有输出连续稳定可调、碳排放量低等独特的优势.作为光热电站的最主要投资部分,太阳能集热系统对光热发电性能具有重要影响.针对光热发电在集热技术上的发展现状进行了阐述,指出了目前集热技术路线存在的主要问题,并由此对太阳能光热发电集热系统的发展前景进行了合理展望与分析.     

太阳能热气流发电系统烟囱特性与辅助加热高度研究

针对太阳能烟囱热气流发电系统,提出了对烟囱内气流进行二次辅助加热,以增大气体内能,加快气流速度,提高烟囱抽力的设想.采用数值模拟的方法,研究了辅助加热位置、加热温度、加热气量等因素对烟囱速度场、压力场分布的影响,并与无辅助加热情况进行了比较.结果表明,当辅助加热位置高度为45m,辅助加热气量与总气量比率为9%,加热气体温度为700K时,烟囱底部气流速度、负压是无辅助加热时的1.45倍和2.31倍.这说明二次辅助加热强化了烟囱的抽吸作用,有利于发电机组的正常连续运行和发电输出功率的提高.     

烟囱形状及集热棚结构参数对太阳能烟囱发电系统流动与传热特性的影响

以西班牙Manzanares太阳能烟囱发电系统为原型,数值研究了烟囱形状、集热棚直径和集热棚离地高度等因素对太阳能发电系统的流动和传热特性的影响。研究结果表明:渐扩型的烟囱所达到的最大中心速度最高,而稳定时的中心速度最低;渐扩型与渐缩型较直筒型烟囱中心温度更高。渐缩型的烟囱其系统的质量流率最小,而渐扩型的烟囱其系统总传热速率最大。综合考虑,渐扩型设计的烟囱有助于流动和总传热率的提高。集热棚直径的增加能明显增强系统的流动和传热特性;但随直径的增加其增强效果逐渐减弱。集热棚外缘高度增加时,中心速度的增加程度逐渐减小,中心温度降低。集热棚外缘高度增加,系统的流动和传热特性均有所增强;但当高度超过3 m时其增强效果减弱,继续增加高度对流动和传热效果影响不大。     

太阳能热气流电站系统的热力学分析

对太阳能热气流电站系统进行了热力学理论分析，将整个系统分成集热棚，风力透平和烟囱三个子区域，分析每个子区域内工质热力学过程，研究各参数变化影响因素，并对系统压力场进行分析．首次提出了能量利用度的概念，并对不同尺寸的太阳能热气流电站的性能进行了分析计算．结果表明：太阳辐射能和涡轮机负荷对系统能量利用度有显著影响，而且系统能量利用度随着太阳能热气流电站的规模增大而增大．该计算结果将为建设不同规模的太阳能热气流电站提供理论依据．     

云扰动下太阳能驱动有机朗肯循环发电系统的动态特性

基于200,k W级聚焦型槽式太阳能集热驱动的有机朗肯循环发电系统示范工程,通过Simulink软件建立了系统的动态模型,采用天津地区的气象数据作为输入,分别分析了典型日系统常规工况和太阳受云遮挡造成直射辐射迅速衰减的非常规工况下系统的动态特性.结果表明:常规工况中系统热、电功率与太阳直射辐射两者变化趋势相同,系统平均效率为12.68%;非常规工作状况中系统热源温度变化与达到恶劣工况的时间线性相关,相关系数为4.04;汽轮机发电功率受热源温度突变量影响分别是蒸发器和冷凝器的1.67倍和2.08倍,汽轮机输出对热源温度变化呈现高敏感性.     

新型太阳能集热墙空气间层温度场的模拟计算

建立新型结构的太阳能集热墙,它由单层高透型LOW-E玻璃、百叶形的太阳能吸收层、空气间层、聚苯板和实体墙构成.利用CFD技术,采用RNG k-ε两方程模型和太阳加载模型模拟了太阳能集热墙内部空气层的温度场;并建立了对比模型,其结构为双层普通玻璃、百叶形的太阳能吸收层、空气间层、聚苯板和实体墙.在相同模拟条件下对其空气间层的温度场进行了模拟计算.通过分析比较两种模型的模拟结果得出,新型结构的集热墙集热性能优于对比模型,节能效果显著.研究结果对太阳能集热墙的工程设计及进一步的研究有一定的参考价值.     

太阳能强化自然通风风量的计算模型

为获得便于工程设计应用的太阳能强化自然通风风量计算模型,选取特朗勃墙为研究对象,采用理论分析方法建立冬夏季太阳能强化自然通风风量与太阳辐射强度和室内热源强度的显式函数关系.该计算模型表明:当忽略通过集热蓄热墙的导热和室内热源散热时,自然通风量与太阳辐射强度的1/3次方成正比.将由该计算模型计算出的风量与由前人的隐式风量计算函数模型计算出的风量进行对比发现,该计算模型预测的风量要略大于前人计算模型预测的结果.集热蓄热墙的导热系数越小,并且太阳能烟囱内空气与集热蓄热墙之间的对流换热表面传热系数越大,该模型预测的自然通风量就越接近前人的计算模型预测的结果.     

太阳能烟囱发电技术研究进展

简单介绍了太阳能烟囱发电技术的产生背景、原理和特点,叙述了国内外太阳能烟囱发电技术的研究进展,总结了国内外主要研究方法和成果,指出了存在的问题,并根据中国太阳能资源分布情况,提出了中国适合大规模建造太阳能烟囱电厂的看法.     

外置式太阳能热电烟囱通风及其对室内热环境的影响

太阳能烟囱(solar chimney, SC)是热压驱动室内自然通风的重要手段之一,提高其太阳能利用率和通风性能具有重要意义。结合离散热源强化烟囱通风理念,提出了一种外置式太阳能热电烟囱并探讨了烟囱通风特性及其对室内环境影响。首先基于流动传热与热电能量转换理论,建立了太阳能热电烟囱二维非稳态模型。其次分析了不同热电发电机(thermoelectric generator, TEG)位置,如烟囱出口处(TEG-outlet),烟囱中部处(TEG-mid),烟囱入口处(TEG-inlet),烟囱通风性能与室内环境流动分布规律,并进一步讨论了热电发电性能。最后比较了外置式离散热电烟囱(solar chimney integrated with TEG,TEG-SC)与传统烟囱的各项通风、发电性能的差异,阐明TEG-SC的优势。结果表明：随着光照强度增大,热电放置在入口处相对于放置在出口处和中部处下的出口速度和每小时换气率量(air changes per hour, ACH)最大,此时,每个位置TEG的发电功率差别不大,但是随着光照强度的增大,热电放置出口处的发电功率会逐渐增大。与此同时,...     

叶片数对SCPPVC空气涡轮机气动性能影响的试验研究

立式集热板太阳能热气流发电系统(SCPPVC)空气涡轮机叶片数与其气动性能密切相关,利用Wilson设计方法,对该系统涡轮机叶片进行了初步设计,利用3D打印技术完成了叶片制样,简介了风洞方法。据此,试验研究了叶片数对SCPPVC系统空气涡轮机气动性能的影响。结果表明:以功率和风能利用系数为指标,涡轮机最佳叶片数以7片为宜;涡轮机输出功率与入口风速增加呈指数变化趋势,与涡轮机前后压差增大呈近似成线性关系。     

公路隧道竖井一集热棚一烟囱三段式自然通风节能模型及应用

为了降低公路隧道通风费用,实现隧道运营节能,自然风的利用是隧道通风发展的方向。但是由于自然风向随机,并且不能准确确定风量大小,隧道自然风的有效利用率低。为了加强公路隧道竖井自然通风的效果,控制竖井口自然风风向,实现隧道通风节能,设计了一种竖井-集热棚-烟囱的三段式自然风增强模型。利用数值模拟的方法,分析太阳能烟囱不同温度下,太阳能烟囱内部不同位置的温度、压力和风速分布情况,从而确定自然风向。结果表明：在太阳能烟囱的不同温度下,设计的三段式太阳能烟囱的通风量与集热棚-烟囱的温度差呈线性相关,并且环境温度越高,线性相关性越强。在环境温度低于15℃时,太阳能烟囱的风向保持向上,起到抽吸的作用。根据该模型的设计思想,陕西省雷家坡一号隧道建成了太阳能烟囱自然风通风系统,观测数据表明该通风系统可以补充隧道机械动力通风,为黄土高原及类似地形地区公路隧道的自然风利用提供借鉴意义。     

太阳能烟囱发电系统内传热问题的数值分析

为了揭示辐射换热、太阳辐照度以及涡轮压降对太阳能烟囱发电系统性能的影响规律,基于系统内部能量传递机制的理论分析,通过合理选择边界条件,在充分考虑各种气象因素影响下的系统内部多种热效应耦合的数值计算中引入了离散坐标辐射模型、太阳载荷模型及涡轮模型,以解决目前数值研究中物理模型及边界条件选择时需要明确的问题。以西班牙示范电站为原型,对太阳能烟囱发电系统内部的流动换热行为进行了详细的三维数值模拟,并将数值模拟数据与西班牙示范电站的实验数据进行了对比,二者具有良好的一致性。模拟结果表明:集热棚内的辐射换热对棚内温度分布有重要影响,在数值模拟中不能忽略,否则会导致系统内部换热行为完全背离真实的换热过程;集热棚覆盖层与外界环境对流、辐射换热造成的热量损失是系统内的主要热损失;涡轮压降对系统性能也会产生显著影响。     

高原地区太阳能热水系统引入空气源热泵辅助加热和管路系统保护的探讨

高原高海拔地区太阳能资源充足,许多房屋建筑都已安装了太阳能集热设备,但在冬季,因环境温差大,极端温度低,对太阳能热水系统给水管道的正常工作构成极大的危害。为使太阳能热水系统能正常运行,保证系统不被低温损坏,通常在普通保温的基础上加装电伴热的方式对管道进行保护。若利用正确的空气源热泵技术对管路系统进行补热保温,即可保护管道不受冻,又能降低系统耗电水平,达到节能的目的。