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。

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。

立式集热板太阳能热气流电站流场的数值模拟

用Fluent软件对立式集热板太阳能热气流电站流场进行数值模拟,获得立式集热板太阳能热气流电站空气流速、压力场分布。结果表明,流道内部中间速度最大,压力从地面到出口逐渐减少,预测在出口处有较小回流现象。速度与系统功率成正比关系,速度大小对功率影响较大,而集热板高宽比对烟囱内主流速度影响显著,当高度、宽度与入口直径比值为10∶2∶1时,主流速度最大,在其它条件不变的情况下,系统功率最大。

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。

双斜向内肋对强化立式太阳能热气流电站的流动传热特性研究

为了加强立式太阳能热气流电站系统的传热,将矩形双斜向内肋对成对地布置在竖直烟囱通道的集热板上。通过数值计算,空气在流经肋对时温度梯度增大,换热增强。与原系统相比,加入双斜向内肋对后,气流的进出口温差增加21%,进出口速度差提高133%。进一步对双斜向内肋对的布置,包括肋对数和肋倾角进行研究,得到适合于本系统的内肋对的最佳设置为肋对数为2对、肋倾角为45°,此布置下气流的进出口温差增加8%,进出口速度差提高200%。利用场协同原理对结果进行分析验证,证明双斜向内肋对可以有效地减小速度矢量与温度梯度的夹角,增强系统换热。

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3 D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SCP-PVC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.