太阳能热气流发电系统非稳态耦合数值分析

太阳能热气流发电技术是目前国际太阳能研究领域的热点之一,但对带有蓄热层的太阳能热气流发电系统的研究并不多。该文分别建立了集热棚、烟囱和蓄热层的流动与传热数学模型。以西班牙试验电站模型为例进行的非稳态耦合数值计算结果表明:土壤具有较强的蓄热作用且能很好调整系统昼夜发电峰谷差;太阳辐射强度对系统散热损失的影响相当显著,太阳辐射越强,散热量越大;集热棚的顶棚是系统散热损失的主要部件,散热热流密度约为太阳辐射的10%。

太阳能热气流发电系统的性能分析

基于太阳能热气流发电系统的原理,分析了系统的发电功率和能量转换效率。数学模型的建立考虑了太阳辐射和系统尺寸参数对系统最大输出功率和最大能量转换效率的影响。以西班牙试验电站系统为例进行了数值模拟,数值计算结果与理论分析具有良好的一致性。系统最大输出功率不仅是烟囱高度的函数,同时也与系统其他尺寸和环境参数有关;在太阳辐射强度为1 000 W/m2条件下,当烟囱高度为300 m时,系统的最大能量转换效率达到1%,当烟囱高度为1 000 m时,系统的最大能量转换效率可超过3%。

太阳能热气流发电系统的传热与流动数值分析

建立了集热棚、烟囱以及多孔蓄热层的太阳能热气流发电系统传热与流动数学模型,分析了太阳辐射对蓄热介质的蓄热特性的影响。计算结果表明,在太阳辐射为200～800W/m^2的范围内,随着太阳辐射的增强,蓄热介质的蓄热比例先减小后增大;烟囱底部的最小相对压力显著减小,流动速度增大;系统内空气的温升增大,蓄热介质表面的温度也显著升高。

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,同时减少系统能量损失.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.

太阳能热气流发电系统非稳态耦合数值分析

对包含蓄热层的太阳能热气流发电系统的传热与流动特性进行非稳态耦合数值模拟。建立了集热棚、烟囱以及蓄热层内部传热与流动数学模型。分析了不同蓄热介质的太阳辐射响应特性对系统昼夜发电峰谷差的影响,计算结果表明:采用热容较高的土壤作为蓄热介质可以有效降低昼夜平均温度的峰谷差,从而有效调整系统的昼夜发电峰谷差;蓄热层表面温度越高,系统不可逆性越大,能量损失和可用能损失越大;蓄热层导热系数越大,蓄热层表面温度越小,烟囱出口平均温度和平均速度越高,通过烟囱出口的能量损失越大。

10MW太阳能热气流发电系统结构优化与成本分析

针对太阳能热气流发电系统烟囱超高、集热棚超大的特点,基于太阳能热气流发电系统的流动与传热模型,预测了10 MW太阳能热气流发电系统的基本几何结构,建立了太阳能热气流发电系统各关键部件、整体系统的造价模型及发电成本模型。通过计算和对比10 MW系统各种几何结构型式的系统造价,获得了经济上较为合理的结构型式,并分析了影响集热棚、烟囱及系统总造价的主要因素,提出了降低系统造价的方法。结果表明,该方法经济、可行。

场协同理论在太阳能热气流发电系统结构优化中的应用

研究了场协同理论在太阳能热气流发电系统优化中的应用。太阳能热气流发电系统的内部优化受温度、速度等多种因素的影响,而协同角的大小可以反映流动与传热的综合影响,也对系统的优化起指导作用。从太阳能热气流发电系统模型关键区域的协同角、温度、速度和功率等方面进行了优化研究,结果表明,当底部导流结构为圆台型时,基准面速度和发电功率最大,速度场和温度场协同角小的区域越大,协同性较优,因此优选圆台型作为底部导流结构。

基于三维透平的渐扩式太阳能热气流发电系统性能分析

本文以西班牙电站模型为研究对象,通过改变烟囱出口半径,设计了6种不同扩散角的烟囱;再结合太阳加载模型和离散坐标辐射模型,考虑系统真实的三维透平运行情况,研究了渐扩式太阳能热气流发电系统的性能及最佳扩散角。结果表明:对于该系统模型,系统正常运行的最佳扩散角为2.0°;当烟囱扩散角为2.5°时,烟囱内的流线发生紊乱,出现了边界层分离及回流现象;同一透平转速下,随着烟囱扩散角增大,透平处压降也增大,但继续增大烟囱扩散角透平处压降的增长趋势减弱,且在烟囱扩散角为2.5°时,透平压降反而低于烟囱扩散角为2.0°时的透平压降;当烟囱扩散角为2.0°时,透平发电量最大为64.15 kW,系统效率最大为0.167%,是烟囱扩散角为0°时的1.4倍。

太阳能热气流发电系统辅助加热与塔囱高度研究

对太阳能塔囱热气流发电系统中辅助加热与塔囱高度的关系进行了分析研究,提出了在塔囱内对上升热气流进行二次辅助加热的设想,以增加气流速度,提高塔囱抽力,降低塔囱高度。以乌海沙漠太阳能热风气流发电系统为例,在塔囱压差和底部入口气流速度不变的情况下,最佳辅助加热气流温度为90℃;塔囱高度为80m时,辅助加热位置设在塔囱内距地面50m处较为合适。

太阳能热气流发电系统的热力性能分析

对太阳能热气流发电系统的热力学性能进行了分析,建立了系统的热力学循环,进一步分析了系统的实际循环效率和理想循环效率,对不同规模的太阳能热气流发电系统的热力学特性进行了计算比较。结果表明:大规模太阳能热气流发电系统相应的标准布雷顿循环效率、理想循环效率以及实际循环效率分别为:35%,10%～25%和0.9%～2.0%。分析结果为太阳能热气流发电技术的设计与商业应用提供理论参考。

太阳能热气流发电系统的热力性能分析

对太阳能热气流发电系统的热力学性能进行了分析,建立了系统的热力学循环,进一步分析了系统的实际循环效率和理想循环效率,对不同规模的太阳能热气流发电系统的热力学特性进行了计算比较。结果表明:大规模太阳能热气流发电系统相应的标准布雷顿循环效率、理想循环效率以及实际循环效率分别为35%,10%～25%和0.9%～2.0%。分析结果为太阳能热气流发电技术的设计与商业应用提供了理论参考。

太阳能热气流发电系统非稳态数值模拟

对太阳能热气流发电系统及蓄热层中的传热与流动特性进行了数值模拟。建立了集热棚、烟囱以及蓄热层内部的传热流动数学模型,分析了太阳辐射对蓄热层蓄热性能的影响。计算结果表明:土壤具有热惯性和较强的蓄热作用;蓄热层表面平均温度和烟囱出口平均温度随时间有一个较大的波动,且蓄热层表面平均温度的波动幅度更显著;蓄热介质的平均温度及系统散热量随时间波动,采用双层玻璃或薄膜材料可减小集热棚顶棚能量损失。

太阳能热气流发电系统导流体的模拟和实验研究

为提升太阳能热气流发电系统输出功率,对烟囱底部导流体的不同形状进行研究。基于等效速度理论,提出一种新型等效速度面划分方式,以此计算输出功率。通过数值模拟研究不同形状导流体对烟囱内部速度场和压力场的影响,将透平装置截面处依据模拟结果划分为高速区和低速区,并通过实验对模拟结果进行验证。结果表明:导流体形状不同,烟囱内部的速度场和压力场变化显著。高速区内圆台导流体对等效速度及输出功率的提升优于其他形状的导流体,且烟囱底部负压增幅最大,提升效果明显,模拟结果与实验具有较高的吻合度。

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.

一种新型的太阳能热气流发电系统

提出了一种螺旋集热型太阳能热气流发电系统,建立了该系统的流动与传热特性数学模型。数值模拟结果表明,与西班牙太阳能热气流试验电站相比,在烟囱出口流动与传热特性参数及输出功率相同情况下,螺旋集热型太阳能热气流的集热棚半径减少了25%,占地面积减少了44%,具有较明显的经济性和商业优势。

太阳能热气流发电系统仿真与实验研究

太阳能热气流发电系统是一种新型的可再生能源发电系统。文章利用COMSOL Multiphysics软件构建了该系统的CFD模型,并对该系统中集热棚和烟囱内的温度和压强,以及烟囱内浮升气流的风速变化情况进行了模拟研究。同时,利用搭建的太阳能热气流实验装置测量了集热棚内气流温度和烟囱内风速,并将实验结果与仿真结果进行对比分析。分析结果表明,集热棚内气流温度和烟囱内风速实测值的变化趋势与仿真结果基本一致,集热棚内气流温度实测值的平均值与仿真值平均值之间的相对偏差为2.9%,烟囱内风速仿真值与实测值之间绝对偏差的平均值以及标准差分别为1.21 m/s,0.4。

塔式太阳能热发电站吸热塔的电气系统设计要点分析

通过对塔式太阳能热发电站吸热塔的负荷特性和电气设备布置进行分析,并对吸热塔电气系统的接线方案及盘柜布置要点进行了总结。分析结果表明:1)根据吸热塔负荷需求,推荐采用电动机控制中心(MCC)就地布置和不间断电源(UPS)综合利用的设置原则,并给出了典型的电气设备布置方案及影响其布置的因素;2)根据吸热塔的结构特点及检修需求,确定了吸热塔电气配电室内电气盘柜采用“上进上出线”的方式、电缆采用竖向电缆通道及单层梯式桥架多排敷设的方案;3)根据电缆铠装型式及特点,建议塔内动力电缆选用钢丝铠装。该设计方案可有效提高塔式太阳能热发电站吸热塔电气系统的合理性、可靠性及运行检修维护的便利性,对电气系统的设计具有重要的参考意义。

抛物面槽式太阳能集热器球形接头测试系统的研制与应用

球形接头是抛物面槽式太阳能集热器的关键部件,针对球形接头易发生运转卡涩和导热油泄漏问题,研制了一套球形接头性能测试系统。该测试系统可以实现球形接头在旋转、摆转或旋摆联动模式下,以及在导热油温度达393℃和压力达4.1 MPa工况条件下的加速寿命测试。以导热油为传热流体,开展了球形接头在导热油温度为393℃和压力为2.3 MPa工况条件,以及温度、压力变化条件下的性能测试研究,分析了球形接头在模拟12年寿命期的扭矩特性和密封性能,验证了该测试系统运行的稳定性和可靠性,并且关键技术参数的控制精度和测量精度满足使用要求,为球形接头的性能评价提供了技术支撑。

适用于下一代太阳能热发电的集热颗粒磨损特性研究

以铝矾土惰性颗粒为研究对象,使用三腔磨损试验台获取颗粒耐磨性能和粒径分布变化规律,颗粒120 h磨损率约2.5%,粒径分布演变模型中转化比例符合正态分布(σ=1/2,d_(s)=4d)时模拟效果最好。提出磨损转换系数,通过引入磨损耗散能量作为中间量,将磨损测试设备中获取的颗粒磨损特性推广到实际太阳能热发电系统中。以100 kW太阳能热发电系统为例,计算得铝矾土惰性颗粒在系统各设备间循环一次的磨损相当于在三腔磨损试验台中运行0.0114 h,从而获得系统补料策略。

太阳能PV/T+相变能与直蒸式水源热泵供热(冷)系统特性分析

为解决河北农村建筑清洁供暖问题和太阳能利用具有不稳定性问题,设计了太阳能PV/T+相变能与直蒸式水源热泵供热(冷)系统进行实验研究。实验结果表明,冬季典型日系统发电量为4.453kWh,制热系数COP平均值3.41;夏季典型日系统发电量为5.945kWh,制冷系数EER平均值3.2;将发电量用于系统运行,制热系数COP为4.22,制冷系数EER为4.19,分别提高了23.75%和30.12%;夏季单纯PV/T太阳能电池发电量5.537kWh,本系统的发电量提高了7.37%。该系统经济效益高,运行稳定,是一种实现河北农村清洁供暖有效途径。