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,...     

多通道太阳能烟囱的通风性能

提出在竖直式太阳能烟囱中内置半圆柱形吸热墙的多通道太阳烟囱结构形式,并通过数值模拟对其通风特性进行研究.分析竖直式太阳能烟囱优化结构在不同的通道宽度W、墙体高度H、半圆柱吸热墙半径R下通风量的变化,并对优化与传统的结构形式的通风量进行对比.结果表明:在内置吸热墙半径为60、75、100、150mm,热流密度为100~1 000 W/m~2的范围内,设置半圆柱形吸热墙的多通道太阳能烟囱通风量比传统的结构增长了16%~32%.     

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。     

冷流率对大口径涡流管性能影响分析

为了探究冷流率对大口径涡流管节流降压效果的影响,基于Fluent改变冷流率值,对比模拟计算结果发现：主管段区内外旋气体存在能量损耗,轴向位置出现压力滞止点和速度方向折点,径向位置r=28 mm处出现分界层。冷流率0.1至0.5,外旋气体温度上升趋势平缓,制热效果不明显;冷流率0.6至0.9,外旋气体温度上升趋势明显,制热效果加强;冷流率增大过程中,内旋气体温度下降趋势平缓,制热效果减弱。热端出口气体压力随冷流率增大而增加,大部分气体流至冷端出口,导致冷端压力变化梯度明显;冷流率过大,热端出口节流降压效果降低,无法满足节流需求。冷热端出口压差变大,外旋气体流动受阻,速度减小;内旋气体流动加快,速度增大。综合分析得出：冷流率0.5时,大口径涡流管节流降压效果最佳,节流区间3 MPa左右,冷热端出口气体温降区间均为5 K,忽略传热损失,节流前后气体温降区间几乎为零,满足后续工艺温度要求。     

负压差立管内气固两相流的气相流动特性

对负压差立管内气固两相流的气相流动特性进行了分析,并基于滑落速度与空隙率的线性关系,建立了立管内气相速度的计算模型,给出了气体流量与相关参数的关联式.分析结果表明,负压差立管内气固两相流中气体来源于出口端进入的流化床流化风和人口端下行颗粒夹带的气体.气流大小和方向的变化主要受颗粒质量流率和立管负压差的影响,存在一个气流方向改变的临界颗粒质量流率Gsc.当颗粒质量流率Gs＜Gsc时,流态是稀密两相流态,气体上行,成分是上行的流化风;Gs＞Gsc时,流态是浓相输送流态,气体下行,成分是下行颗粒夹带的气体,这个气体量随颗粒质量流率的增加而增大.模型计算结果与实验数据一致.     

负压差立管内气固两相流的气相流动特性

对负压差立管内气固两相流的气相流动特性进行了分析，并基于滑落速度与空隙率的线性关系，建立了立管内气相速度的计算模型，给出了气体流量与相关参数的关联式。分析结果表明，负压差立管内气固两相流中气体来源于出口端进入的流化床流化风和入口端下行颗粒夹带的气体。气流大小和方向的变化主要受颗粒质量流率和立管负压差的影响，存在一个气流方向改变的临界颗粒质量流率GSC。当颗粒质量流率GS〈GSC时，流态是稀密两相流态，气体上行，成分是上行的流化风；GS〉GSC时，流态是浓相输送流态，气体下行，成分是下行颗粒夹带的气体，这个气体量随颗粒质量流率的增加而增大。模型计算结果与实验数据一致。     

相变蓄热材料导热系数对太阳能通风墙性能的影响

通过对相变蓄热型太阳能烟囱模型通风蓄放热变化过程的计算,分析比较不同相变蓄热墙导热系数对太阳能烟囱性能的影响.计算结果表明:吸热板最大表面温度随着相变蓄热墙导热系数的增大越接近相变蓄热墙的相变温度;蓄热阶段,入口平均风速随着相变蓄热墙导热系数的增大而减小;放热阶段,入口平均风速随着相变蓄热墙导热系数的增大反而越大;相变蓄热墙导热系数越大,蓄热型太阳能烟囱系统16 h的累计通风量越高,但在导热系数增大到0.66 W·(m·K)^-1后,再增大材料导热系数,累计通风量几乎不再增加.     

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。     

太阳能斯特林机热交换器动态 流阻损失数值分析

建立了太阳能斯特林机热交换器流阻损失方程,确定了其内工质流速和质量流率与转角的内在联系,开展了热交换器动态流阻损失数值计算,得到了回热器、加热器和冷却器动态流阻损失特性及其与热交换器参数的关系.研究表明:回热器、冷却器、加热器流阻功率损失比例分别为65.5%,19%和15.5%.回热器内流阻损失随丝网目数的增加而增大,随丝网孔隙率的增加而减小;冷却器内正、反向流阻损失峰值分别出现在转角100°和270°附近,且反向峰值更大;加热器内流阻损失曲线在横轴两侧不对称,正、反向峰值分别在转角144°和300°位置取得,且正向峰值大于反向峰值;同时在加热器和冷却器中,管径对流阻损失的影响均更显著.     

内置格栅诱导通道的太阳能通风墙性能

提出一种利用太阳能和风能实现室内自然通风的新型内置格栅诱导通道的太阳能通风墙模型,通过三维数值模拟研究在不同室外风速和太阳辐射强度下结构参数对其通风性能的影响.结果表明,内置格栅诱导通道可以有效利用室外风形成对太阳能通风墙主通道内气流的诱导作用而强化自然通风;该太阳能通风墙通风量随格栅间距与格栅高度比值的增加先增大后减小,存在最佳比值使通风量最大;随着风诱导通道宽度与主通道宽度比值的增加,不同室外风速下的通风量均呈先增大后减小的变化趋势.     

太阳能热风发电系统的空气集热器试验装置的研制

根据太阳能热风发电系统集热器的抽象试验研究模型,研制了该系统的空气集热器试验装置,设计了该装置的集热器箱体、太阳能辐射模拟装置、流量和温度测量系统、辐射强度测量系统以及数据采集系统.利用研究装置进行了变太阳辐射强度、变空气流量以及环境温度对空气集热器的热量影响实验,初步试验验证装置的可行性.     

带盖板预旋系统流动与温降特性的数值模拟

为了研究带盖板预旋系统的流动与温降特性,对不同喷嘴角度和不同转速(工况)下的预旋结构模型进行了数值模拟。在相同进气条件下,研究了有无预旋结构和不同喷嘴角度下的盘腔流动与温降特性,分析了旋转雷诺数对系统流动情况和温降效果的影响。结果表明：预旋结构在盖板腔内产生的漩涡增强了盘腔的流动,相比于无预旋结构,其盖板腔压力和系统出口总温明显降低;随着喷嘴角度的增大,盘腔总温和静压均增大,温降效果变差;随着旋转雷系诺数的增大,无量纲质量流量增大,无量纲温降和总压损失系数均减小;预旋角由50°减少到30°时,系统无量纲温降增加了23.7%。     

透明插板对太阳能烟囱通风优化的数值研究

建立耦合插板的太阳能烟囱模型并对其进行数值计算,调查了不同插板间距及插板数量对烟囱通风性能的影响。研究表明,透明插板将在烟囱通道中形成热边界层来提升热压转换效率,从而提高了太阳能烟囱的通风能力。耦合单块插板时,插板间距为d/D=3/5时烟囱通风量最大,此时如果改变插板材料的吸收率,烟囱通风效果会更好。此外,当插板数量增加时烟囱通风量呈现增加的趋势。     

地下汽车库的通风与排烟设计

为保证地下汽车库人员、车辆安全,对地下汽车库的通风与排烟系统进行精心分析与设计是非常必要的.通过对通风量的两个计算公式的分析,对稀释浓度法和换气次数法进行了比较,阐述了其各自适应的场所和条件.对地下汽车库通风排烟系统设计中几种不同形式进行了比较和分析,并剖析了其各自的优缺点,指出共用风管的排风排烟系统具有很好的经济可行性.对地下汽车库的气流组织形式进行分析,结果表明排风口设置在顶部是非常合理的,同时提出设计中应该注意的几点问题.     

太阳能烟囱综合系统集热棚内气流特性

针对太阳能烟囱综合系统内强化海水蒸发这一关键环节,搭建了太阳能烟囱强化海水蒸发的小型实验装置．通过接触式测温元件,考察了系统内气流温升和湿舍量变化,研究了改变系统结构条件时系统性能的变化．结果表明．烟囱入口处气流接近饱和状态,蓄热水体基本可以维持系统昼夜工作;提高水体的吸收率和优化烟囱的结构参数,可使系统的性能得到提升。     

温室型太阳能污泥干燥研究

 首先给出污泥处理的重要性并简介了现有处理方式的利弊,经过对比给出了一种温室型太阳能干燥的技术,并就这一技术的效能,利用能量平衡方程进行分析。分析表明,这种温室的全年太阳能利用率可达46%,对于北京的辐射条件,每年可得0.82t/m2除水量。其干燥能力在夏季远高于冬季,能量利用率夏季值亦优于冬季值。在设计温室时,排气温度、相对湿度和气流组织对干燥效果有很大影响,这些项需根据经济性进行优化。这种干燥方式有较好的经济效益和实用性,具有进一步深入研究的价值。     

压差对含裂缝硐室氡运移影响的数值模拟研究

为研究地下硐室存在裂缝下的氡运移规律,依据某人防工程的构造和物理几何尺寸,建立了适合裂缝网络渗流特性的数学模型和氡运移方程,采用计算流体力学方法,研究了不同室内外压差条件下含裂缝硐室内氡的运移规律。结果表明:分形裂缝网络的渗流模型来表征墙体裂缝的渗流特性具有可行性;随压差从5 Pa增至30 Pa,压差抑制了氡从裂缝中扩散到室内的运移,裂缝处流出的氡质量流量总减少76.5%;压差对排氡起促进作用,从排风口处流出的质量流量总增加了186.2%。硐室在滤毒通风状况下,压差为20 Pa时排氡效率最高,最有利于室内氡的控制。压差的增大可等效为换气次数的增加,顶送下回的送风方式容易造成靠近送风口处氡的堆积且在室内易产生涡流。