基于(火积)耗散法的立式集热板太阳能热气流发电系统传热性能分析

基于(火积)耗散及((火积))耗散热阻极值定律推导出立式集热板太阳能热气流发电系统的(火积)耗散率表达式,并对系统的传热性能进行分析。结果表明:立式集热板太阳能热气流发电系统的烟囱尺寸是影响系统传热性能的主要因素,但是烟囱的高度和宽度受高层建筑的高度及窗户间距的限制,因此烟囱厚度成为系统(火积)耗散热阻的主要影响因素;在烟囱高度和宽度不变的条件下,厚度取0.959 8m时系统(火积)耗散热阻最小,系统性能最优。

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。

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.

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。

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。

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。

集热棚高度对太阳能热气流发电性能的影响

以内蒙古乌海金沙湾太阳能烟囱热气流发电站为研究对象．应用ANSYS—Fluent软件对电站系统进行了稳态数值计算，模拟不同集热棚高度下系统内部流场和压力场的分布规律。模拟结果的对比分析显示，对该电站而言，集热棚高度以6～8m为宜。

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。

太阳能热气流发电系统透平发电及其能量损失

对包含蓄热层、透平的太阳能热气流发电系统的流动及传热及发电特性进行数值模拟,建立了太阳能热气流发电系统的流动与传热数学模型,分析了太阳辐射和透平压降对系统透平发电输出功率以及系统各部件能量损失的影响。计算结果表明:当太阳辐射为800 W/m2、透平压降为400 Pa时,系统输出功率可达160 kW;此外,大流量的流体流出烟囱成为造成系统能量损失的主要因素,集热棚顶棚也造成了大量的能量损失。

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.

SCPPVC系统新翼型空气涡轮机性能数值模拟

为提高立式太阳能热气流发电系统(SCPPVC)的能量转换效率,基于Wilson理论,结合两种原空气涡轮机翼型优势表面,设计并建立了新翼型物理模型;采用数值模拟方法,探究了新翼型空气涡轮机在SCPPVC系统中的性能。结果表明:双翼型结合的新翼型空气涡轮机的能量转换效率大幅提高;当叶片数目为6,风速为5 m/s,尖速比为2时,该空气涡轮机性能相较原有模型分别提高了21.1%和29.2%。