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。     

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．     

太阳能发电塔的设计及热力学分析

太阳能烟囱发电站也称作“太阳能烟囱”或者“太阳能塔”,她是利用太阳能空气集热板和中央的上升气流管相结合来产生一个太阳能诱导对流来驱动压力级汽轮机进行发电.她是绿色能源之一,太阳通过一个巨大的半透明集热器屋顶来加热空气,由于密度差的原因在集热棚里创造了暖空气和相对冷的环境空气,气流呈放射状地进入开放式的管道里,按着竖直方向从集热棚的中心上升,气流驱动安装在管道底部的汽轮机进行发电.     

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.     

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.     

立式太阳能热气流电站双级涡轮机半径比研究

基于空气涡轮机的Wilson设计理论及参数化设计理念,设计了一种应用于立式太阳能热气流电站中的双转子空气涡轮机.实验结果表明:半径比对该双转子空气涡轮机的输出功率影响较大;当双转子空气涡轮机半径比r/R为0.75左右时(r为第一级风轮半径,R为第二级风轮半径),系统输出功率最大.据此采用数值模拟方法对半径比为0.65~0.85时空气涡轮机的性能进行了深入分析,结果表明:当r/R为0.65~0.85时,空气涡轮机的输出功率及两级转子前后的压力差均随半径比的升高先增大后减小,且当r/R为0.75时达到最大.此时,双转子空气涡轮机的叶片翼型周围速度场和压力场表明气动特性良好,且第一级转子叶片数目为7时,其输出功率比单转子空气涡轮机的输出功率提高了30%以上,能量转换效率大幅提高.     

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...     

黑瓷复合陶瓷太阳板集热系统的应用研究

研发了一种与建筑一体化的新型高效平板太阳能集热体黑瓷复合陶瓷太阳板。该集热体以普通瓷土为原料配制泥浆注浆成型,表面喷涂以工业废弃物提钒尾渣为原料调配的钒钛黑瓷泥浆层,干燥后经连续辊道窑1 200 ℃烧制而成,阳光吸收比为0.95。介绍了陶瓷太阳板房顶集热系统的构建方法,该系统与建筑共用结构层、保温层、防水层,与建筑一体化、同寿命,隔热、保温效果优于普通房顶。通过建筑实例对该集热系统的集热效率与真空玻璃管热水器进行测试对比,得出集热系统日得热量为8.6 MJ/m²,远高于真空玻璃管热水器和国家标准的7.0 MJ/m² ,可实现太阳能使用成本低于常规能源。     

微型抛物槽式太阳能集热器集热特性研究

为将太阳能集热器与建筑结合,提高集热品位,满足中温热能需求,设计了一款聚光比为3.4、高度仅为120 mm的微型抛物槽式集热器,建立了该集热器的热力学理论模型和计算流体动力学(CFD)仿真模型,研究了集热特性,并从太阳辐照度、入口工质温度、进口工质流速、环境温度等方面探讨相关操作参数对集热温度和集热效率的影响规律。研究发现太阳辐照度以及进口工质温度是影响热效率的主要因素,而工质流速、环境温度对该集热器热效率影响较小,集热器瞬时热效率可达67.23%,循环加热的工质温度在200℃以内,平均热效率较高。且在辐照度较弱的天气仍能良好运行,既能提供中温热能,克服不良环境因素的影响,又实现了太阳能建筑一体化。     

太阳能增效的复叠式空气源热泵系统能量分析与及分析

为了提高空气源热泵的效率和稳定性,提出一种太阳能增效的复叠式空气源热泵系统,建立系统的能量模型和模型,以R134a为制冷剂进行计算分析.结果表明:随着中间冷凝温度的升高,系统机械性能系数先增大后减小,当中间冷凝温度为38 ℃时,系统机械性能系数达到最优值;随着中间冷凝温度的升高,效率先增大后减小,当中间冷凝温度为22 ℃时,效率达到最优值;系统机械性能系数、制热量、损失随着蒸发温度的升高而增大;随着太阳辐射照度的增大,系统机械性能系数、效率及制热量均有明显提升;系统中损失最大的部件为集热发生器,提高集热效率、采用合理的运行参数是提高系统效率的关键.     

中国部分城市太阳能蒸汽热发电系统性能分析

以饱和蒸汽循环太阳能热发电系统为研究对象,对太阳能热电系统进行了理论-模型-模拟的一体化研究.根据中国30个省会城市的气象数据,模拟运行了所设计的槽式热发电系统,计算了所设计的各地热发电系统全年的运行情况,分析了系统总效率随昼夜、季节、年度以及纬度的变化,探讨了不同常规能源作为太阳能补充时的经济性.研究结果表明:电站整体有效工作时间以及全年总发电量是选择太阳能热发电站地址的主要考虑因素,此外,无烟煤以及天然气资源可作为不同情况下备选的常规能源,以提高太阳能热发电站的整体性能.     

基于超临界CO_2布雷顿循环的塔式太阳能集热发电系统

为了提高太阳能热发电系统的性能,建立了以熔融盐为传热介质、再压缩式超临界CO2布雷顿(SCO2)循环为动力循环的塔式太阳能集热发电系统的分析模型,分析了定日镜、腔式吸热器、再压缩式SCO2发电系统3个子系统的性能,并研究了太阳辐射强度和采用不同底循环的SCO2发电系统对整个电站性能的影响,最后对采用不同类型的蒸汽动力循环和SCO2循环为动力子系统的5种塔式太阳能集热发电系统进行了对比。结果显示:吸热器的能量损失率最小,但损失率最大;随着太阳辐射强度增大,吸热器和整个电站的热效率和效率均增大;采用有机朗肯循环和跨临CO2(TCO2)循环作为底循环对SCO2发电系统进行余热回收,可提高整个电站的热效率,并且SCO2-TCO2循环具有更高的热效率;相同条件下,不同的SCO2循环均比蒸汽动力循环具有更高的热效率和效率,其中基于SCO2-TCO2的塔式太阳能电站热效率最高。     

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。     

基于有机朗肯循环的低温太阳能发电系统工质的选择

有机朗肯循环系统利用低沸点的有机物作为工质推动透平做功,在低品位热能的利用方面更有优势.循环工质的选择是影响有机朗肯循环系统性能的关键因素之一.本文针对集热温度120℃,蒸发温度在100℃以下的低温太阳能有机朗肯循环系统进行了工质的研究分析,选择R245fa,R123,R236fa,R113,R245ca,R600,R601 7种工质,以工质的热效率、火用效率及系统不可逆损失为评价指标,利用Matlab和PERPROP软件对候选工质的各热力参数进行了比较.结果表明:低温太阳能有机朗肯循环发电系统的选用R123作为循环工质时具有较高的热效率和火用效率,且系统总不可逆损失较低,适合作为蒸发温度100℃以下的低温有机朗肯循环系统的循环工质.     

太阳能辅助空气源热泵系统供热特性的实验分析

农村能源是我国能源体系的重要组成部分,但目前农村能源结构体系并不合理,为了解决新农村能源利用尤其是建筑建设及采暖问题,提出一种基于改造式房屋建筑的太阳能辅助空气源热泵系统并搭建了系统实验台,对系统的运行参数进行了监测和记录。本文通过对系统太阳能集热、空气源热泵及毛细管辐射等运行数据的分析,得出以下重要结论。结果表明,采用太阳能辅助空气源热泵系统的改造式住宅建筑室内温度在20℃以上,人的体感温度可以达到23℃左右;在一天的供热时间段内,太阳能集热系统的供暖时间占比为35.4%,空气源热泵供暖时间占比为64.6%,节能效果显著;该系统能够满足该类型建筑用户对住宅的采暖需求,对京津冀地区新农村能源体系的完善意义重大。