太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)有機(jī)朗肯循環(huán)集熱器與系統(tǒng)性能研究

【摘要】：世界能源總體發(fā)展趨勢(shì)要求我們更多的使用綠色環(huán)保的可再生能源,太陽(yáng)能作為重要的可再生能源具有廣闊的發(fā)展前景。太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)可以利用中低溫太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電,在太陽(yáng)能的利用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前針對(duì)太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的研究主要是針對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)的研究,針對(duì)適用于太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的集熱器的研究很少。本文根據(jù)有機(jī)朗肯循環(huán)特點(diǎn)選擇槽式太陽(yáng)能集熱器作為太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的集熱器,針對(duì)槽式太陽(yáng)能集熱器的光學(xué)與傳熱性能進(jìn)行了分析研究,并結(jié)合有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng),研究集熱器相關(guān)參數(shù)對(duì)太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的影響。論文主要研究?jī)?nèi)容、成果和結(jié)論包括以下五個(gè)方面：1、建立了太陽(yáng)直射輻射計(jì)算模型、槽式太陽(yáng)能集熱器光學(xué)效率計(jì)算模型,并通過(guò)VB語(yǔ)言編寫程序,實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度和槽式太陽(yáng)能集熱器光學(xué)效率的計(jì)算；建立了槽式太陽(yáng)能集熱器的傳熱計(jì)算模型。2、設(shè)計(jì)計(jì)算了一套集熱量在100kW左右的槽式太陽(yáng)能集熱器。3、建立槽式太陽(yáng)能集熱器聚光模型,采用SOLTRACE軟件模擬研究了槽式太陽(yáng)能集熱器的聚光特性,得到集熱管金屬吸熱管表面熱流密度分布特性。4、建立槽式太陽(yáng)能集熱器集熱管的計(jì)算模型,采用FLUENT軟件對(duì)表面熱流密度分布不均勻的集熱管進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬發(fā)現(xiàn),集熱器集熱效率隨太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度(DNI)增加、空氣溫度升高、流體進(jìn)口速度增大而增大,隨環(huán)境風(fēng)速增大、流體進(jìn)口溫度升高而減小,其中空氣溫度和環(huán)境風(fēng)速對(duì)效率影響較小。集熱管內(nèi)流體溫升隨DNI增加而增大,隨流體進(jìn)口速度增大而減小,空氣溫度、風(fēng)速、流體進(jìn)口溫度對(duì)其影響較小。管內(nèi)壓損隨流體進(jìn)口速度增大而增大,隨DNI增加、流體進(jìn)口溫度升高而減小,空氣溫度和風(fēng)速對(duì)其影響很小。吸熱管表面最大溫差隨DNI增加而增大,隨流體進(jìn)口速度增大而減小,隨進(jìn)口溫度升高先增大后減小,空氣溫度和風(fēng)速對(duì)其影響很小。玻璃套管表面最大溫差隨DNI增加、流體進(jìn)口溫度升高而增大,隨風(fēng)速增大、空氣溫度升高、進(jìn)口速度增大而減小,其中空氣溫度對(duì)其影響較小。針對(duì)低流速下吸熱管表面溫差過(guò)大的問(wèn)題,提出三種適用于太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)槽式太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法。5、設(shè)計(jì)了一套槽式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),建立了有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,對(duì)槽式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行模擬。模擬發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)整體效率和膨脹機(jī)輸出功隨DNI增加、流體進(jìn)口溫度升高而增大,隨進(jìn)口速度增大而減小。當(dāng)集熱器進(jìn)出口溫度固定時(shí),系統(tǒng)存在最佳流速,最佳流速與DNI和進(jìn)口溫度都有關(guān),當(dāng)系統(tǒng)工況從DNI=450W/m2,Tin=100℃變化到DNI=900W/m2, Tin=150℃時(shí),最佳流速?gòu)?m/s變化到1.2～1.4m/s。 【關(guān)鍵詞】：槽式太陽(yáng)能集熱器 有機(jī)朗肯循環(huán) 設(shè)計(jì)計(jì)算 數(shù)值模擬 系統(tǒng)性能
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK513.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 主要符號(hào)表8-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)10-14
• 1.2.1 太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)分類10-12
• 1.2.2 槽式太陽(yáng)能集熱器研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)及其研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容及意義15-16
• 第二章 槽式太陽(yáng)能集熱器模型研究16-31
• 2.1 太陽(yáng)輻射光學(xué)模型及計(jì)算16-21
• 2.1.1 太陽(yáng)輻射模型16-18
• 2.1.2 太陽(yáng)輻射計(jì)算18-19
• 2.1.3 太陽(yáng)直射輻射計(jì)算模型驗(yàn)證19-21
• 2.2 槽式太陽(yáng)能集熱器光學(xué)效率模型及計(jì)算21-25
• 2.2.1 槽式太陽(yáng)能集熱器幾何特性21-22
• 2.2.2 槽式太陽(yáng)能集熱器光學(xué)效率計(jì)算22-24
• 2.2.3 光學(xué)效率計(jì)算模型驗(yàn)證24-25
• 2.3 槽式太陽(yáng)能集熱器傳熱模型25-30
• 2.3.1 集熱管能量平衡模型25-27
• 2.3.2 集熱管傳熱模型27-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)集熱器設(shè)計(jì)計(jì)算31-38
• 3.1 太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)31-33
• 3.1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介31
• 3.1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)31-33
• 3.2 拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器33-37
• 3.2.1 集熱器設(shè)計(jì)計(jì)算33-35
• 3.2.2 集熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第四章 槽式太陽(yáng)能集熱器數(shù)值模擬與分析38-69
• 4.1 槽式太陽(yáng)能集熱器吸熱管表面熱流密度分布38-42
• 4.1.1 MCRT法與SOLTRACE軟件38-39
• 4.1.2 槽式拋物面太陽(yáng)能集熱器光學(xué)特性模擬39-42
• 4.2 非均勻熱流密度分布下集熱管數(shù)值模型建立42-47
• 4.2.1 集熱管計(jì)算模型42-44
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分與模型驗(yàn)證44-47
• 4.3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析47-67
• 4.3.1 太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度(DNI)的影響47-51
• 4.3.2 空氣溫度的影響51-53
• 4.3.3 環(huán)境風(fēng)速的影響53-56
• 4.3.4 流體進(jìn)口溫度的影響56-60
• 4.3.5 流體進(jìn)口速度的影響60-66
• 4.3.6 集熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-69
• 第五章 槽式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)性能研究69-82
• 5.1 槽式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理69-70
• 5.1.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)69
• 5.1.2 系統(tǒng)工作原理69-70
• 5.2 有機(jī)朗肯循環(huán)部分?jǐn)?shù)學(xué)模型70-76
• 5.2.1 有機(jī)朗肯循環(huán)熱力計(jì)算70-72
• 5.2.2 系統(tǒng)各部件計(jì)算模型72-76
• 5.2.3 槽式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定76
• 5.3 系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果與性能分析76-80
• 5.3.1 太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度(DNI)對(duì)系統(tǒng)效率的影響76-77
• 5.3.2 集熱器流體進(jìn)口溫度對(duì)系統(tǒng)效率的影響77-78
• 5.3.3 集熱器流體進(jìn)口速度對(duì)系統(tǒng)效率的影響78-80
• 5.4 本章小結(jié)80-82
• 第六章 結(jié)論與展望82-84
• 6.1 研究成果及結(jié)論82-83
• 6.2 不足與展望83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻(xiàn)85-88
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和申請(qǐng)的專利情況88

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