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.

太阳能热气流电站系统研究

由于现有模型不足以准确描述太阳能热气流发电系统的物理机制,本文提出一个更完善的数学模型去分析太阳能热气流电站系统的相对压力分布和系统抽力．模型中考虑了太阳辐射和系统尺寸参数对系统相对压力和系统抽力的影响。以西班牙试验电站为例进行数值模拟,探索系统尺寸参数和太阳辐射对系统相对压力和系统抽力的影响。数值计算结果与理论分析具有良好的一致性．

依托高楼的太阳能热气流电站系统的CFD模拟

设计了一种依托高楼的太阳能热气流电站,建立了相应的数学模型。利用Fluent软件对该系统的流场及温度场进行了数值模拟,并对电站结构进行了优化设计。模拟结果表明:随着烟囱高度的增加,烟囱内气流的温度不断上升,在出口处由于回流的影响温度稍有下降,气流速度不断增大,气流的压力分布先减小后增加。由于平板集热器的加热作用使烟囱内气流的温度分布不均匀,设计中可将平板型储热器换为带有肋片扩展表面的储热器,并对烟囱与扩压管联接处采用流线形联接进行过渡,以减少此处的流动阻力。同时,设计一个收缩型的烟囱出口,以保证电站系统产生较大的抽力,从而提高电站系统的能量转换率。

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。

依托高楼的新型太阳能热气流电站系统

为了扩大太阳能热气流发电技术的应用范围,设计了一种依托高楼的新型太阳能热气流电站。介绍了这种新型电站的结构,并分析了其通风量、能量转换效率、经济性及环保效益。分析表明,这种新型的太阳能热气流发电系统从原理及结构上具有较高的可行性,同时可提高高楼室内空气质量,减少高耗能设备的使用率,改善楼体周围微气候环境,做到能源的梯级利用,是分布式能源系统的有益补充。

太阳能热气流电站透平布置位置研究

基于相对压力概念,建立了太阳能热气流电站系统的新数学模型,并通过数值模拟得到系统内的相对压力分布。根据系统相对压力的分布特点确定了透平布置的最佳位置:在烟囱的底部区域,相对压力最小,压力梯度最大,最适于布置透平;在技术容许的情况下,为实现能量转换效率最高,不宜采用能量梯级利用方案。

立式太阳能热气流电站系统运行机理研究

由于立式太阳能热气流电站系统中气流的流动过程温度及压力的耦合作用,气流的密度随电站系统高度的增加而不断变化,利用UDF编程工具对密度与温度和压力的关系式及密度随高度的变化关系式进行编程,并导入Fluent计算软件中,通过数值计算得到太阳能热气流电站系统内的流动传热特性,并将该结果与设置恒空气密度模型的数值计算结果及实验结果进行比较,结果表明:当温压耦合下的数值计算结果与实验值差28%,较设密度为恒定值与实验值差41%,因此采用温压耦合模型,更符合系统实际运行情况。

三角形小翼强化立式太阳能热气流电站的流动传热特性

采用数值计算方法研究设置在电站系统中空气流道内集热面上的三角形小翼对立式太阳能热气流发电系统非稳态自然对流流动及传热的强化作用,分析了肋对数、肋倾角、布置方式对系统进出口气流的温升、速度差的影响,并结合场协同原理对其强化太阳能热发电系统传热的效果进行评价。结果表明:空气流经三角形小翼时温度梯度增大,换热增强,系统进出口气流温度差、速度差大幅增大;随着肋对数的增加,气流受到的扰动作用增强,速度与温度梯度的协同角减小,但相应也使气流的流动阻力增大,能量损失增大,肋倾角取45°时系统进出口气流速度差最大;三角形小翼成对布置在竖直矩形通道内时,叉排布置效果优于顺排。

新型太阳能热气流电站烟囱流场数值模拟研究

设计了一种新型立式集热板太阳能热气流电站系统,通过建立数学模型,利用CFD数值模拟软件Fluent对该电站系统太阳能烟囱内的速度场、压力场进行数值模拟,研究了烟囱高度和太阳辐射强度的变化对烟囱内空气速度场和压力场分布的影响。研究表明,烟囱高度和太阳辐射强度的增加可以强化烟囱的抽吸作用,有利于提高太阳能热气流发电输出功率。

太阳能热气流电站系统的研究进展

太阳能热气流电站系统是一种将太阳能转换为电能的装置,近年来对太阳能热气流电站系统的研究非常活跃。简要概括了关于太阳能热气流电站系统的国内外研究现状,总结了太阳能热气流发电系统的优势,介绍了其商用电站的建设进展,分析了在我国建设太阳能热气流电站的可行性。

斜坡倾角对山体导流塔太阳能热气流电站系统性能的影响

提出了一种在中高纬地区利用阳面山体坡地建造的山体导流塔太阳能热气流电站,该太阳能热气流电站的集热棚搭建在一定坡度的山体上,兼做导流塔,在山体顶部建造一定高度的垂直导流塔,并利用理论推导的方法研究了影响电站系统效率的主要因素。结果表明:斜坡倾角对山体导流塔太阳能热气流电站系统效率有较大的影响,在中高纬地区当斜坡倾角比纬度小7°～10°时,集热棚单位面积斜面上截获的年辐射量比水平集热棚高25%。另外由于山体导流塔太阳能热气流电站的集热棚同时可兼作部分导流作用,因此该系统可适当减小垂直导流塔的高度,减少工程施工难度。

透平机组对立式太阳能热气流电站运行性能的影响

在立式集热板太阳能热气流发电系统负载情况下,不考虑空气流经透平机组时的阻力损耗及系统的摩擦、泄漏等耗散时,推导了系统的理论输出功率,建立了适用于立式太阳能热气流电站系统的数学模型,采用数值计算的方法得出系统的压力、速度及温度分布云图;根据数值模拟计算结果,分析透平机组前后动能差及热能与机械能之间的转换关系,得出透平机组放置的最佳位置为立式集热板热气流电站系统的顶部靠近出口处。

太阳能热气流电站中涡轮机流动特性分析

对太阳能热气流电站中的涡轮机进行了设计和数值模拟。建立了涡轮机区域流体流动的物理数学模型,并对其进行数值模拟;研究了涡轮机的转速与压降对涡轮机的流量、输出功率和能量转换效率的影响。通过与相近实验模型的试验结果对比,证明了设计方案和数值模拟方法是有效的。

立式集热板太阳能热气流电站系统研究

设计了一种立式集热板式太阳能热气流电站,分析了该系统的最大输出功率及能量转换率。数学模型考虑了系统尺寸、太阳辐射及环境条件对系统最大输出功率的影响。结果表明系统最大输出功率不仅是烟囱高度的函数,同时与太阳辐射及环境参数有很大关系。受结构限制,在太阳辐射强度为1000 W/m^2、烟囱高度为100m时,本系统能量转换率约为0.2%,在设计上可考虑采用多条集热式烟囱通道并联方式来增加集热面积,以达到提高系统最大输出功率的目的。

兆瓦级太阳能热气流发电站风荷载的数值模拟

针对发电功率为100MW的太阳能热气流发电系统进行几何尺寸设计,运用计算流体力学(CFD)方法对兆瓦级太阳能热气流发电站的平均风荷载进行数值模拟,得到烟囱和集热棚内、外风场和风压分布规律.根据风工程理论计算烟囱表面的压力系数和风载体型系数,与规范中圆截面构筑物的体型系数以及相关结构的风洞试验值进行比较.结果表明,模拟值与规范值基本吻合,这说明运用CFD方法对超高耸结构进行风荷载模拟是可行的.绘制体型系数曲线,研究烟囱沿圆周方向和高度方向平均风荷载的分布规律,结果表明,圆截面高耸结构的体型系数随高度的增大而减小.

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.

立式集热板式太阳能热气流发电系统性能研究

介绍了立式集热板式太阳能热气流发电系统的结构及原理,分析了系统的最大输出功率及最大能量转换率。分析得出,当发电系统中烟囱的高度、宽度及太阳辐射强度增加时,均可使系统的最大输出功率和最大能量转换率增加,其中烟囱高度的影响最为显著,同时环境温度对系统功率也有一定影响。另外,系统规模受高层建筑规模的限制,最大能量转换率比原始结构的太阳能热气流电站小,但可为城市建筑节能提供新思路。

一种双转子空气涡轮机设计及其性能研究

基于流体动力学理论与空气涡轮机的设计原理,设计了一种适用于太阳能热气流电站系统的双转子空气涡轮机。利用实验研究和数值模拟相结合的方法,研究了当两级转子最佳半径比为0.75时,叶片数目对双转子空气涡轮机性能的影响。结果表明:叶片数目会影响空气涡轮机获能效率,当叶片数目为7时压力差最大,系统输出功率也最大;双转子空气涡轮机的启动风速随叶片数目的增加而不断减小,叶片最佳风速范围低于9 m·s^-1。当两级叶轮间距为0.7 m时,叶轮之间不会产生尾流影响;数值模拟结果和实验研究结果相一致,误差范围在6%~12%之间。相对于单转子空气涡轮机,双转子空气涡轮机发电效率提高了20%~30%,空气涡轮机性能显著提高。

太阳能规模化综合利用技术

太阳能塔热气流发电系统是被许多能源专家看好的一项新技术。介绍了多种发电系统的原理和特点,提出了在上海/长江三角州地区建设以太阳能塔热气流发电为中心的太阳能规模化综合利用工程的设想。项目建成后可兼具发电、现代农业、观光、休闲旅游等多项功能,其发电成本介于光伏电池发电与风力发电之间,而观光等非能源项目的运作会带来附加效益,将有助于这项可再生能源(太阳能)新技术的发展早日进入良性循环,获得可观的社会效益和经济效益。

能源—环境—生态协调发展的新型发电模式

该文在太阳能热气流发电系统的基础上构想出一种新型发电模式。这种发电模式将会更好地调和能源利用与环境之间的矛盾,实现能源、生态和环境的协调发展,大规模太阳能热气流发电系统则成为可再生能源发电的一种新技术,并会获得客观的社会效益和经济效益。特别是在沙漠地区发展这项太阳能发电技术,能够实现日光生电力,沙漠变绿洲的梦想。