雙層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的性能研究

【摘要】：本文將太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)與溫室大棚結(jié)合起來,提出了一種雙層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng),通過理論分析和數(shù)值模擬的方法獲得了系統(tǒng)傳熱流動(dòng)特性及其影響因素并進(jìn)行了一系列對比分析,其主要內(nèi)容包括：理論分析了雙層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的熱力循環(huán)過程以及系統(tǒng)各部分能量轉(zhuǎn)換機(jī)理；推導(dǎo)了系統(tǒng)理論發(fā)電功率的表達(dá)式,并指出了影響系統(tǒng)發(fā)電功率參數(shù)；列出了雙層集熱棚各部分熱平衡關(guān)系。利用FLUENT軟件對系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)值模擬。分析主次集熱棚間距、次集熱棚入口高度、次集熱棚出口高度這三個(gè)參數(shù)變化對系統(tǒng)輸出功率的影響；得到雙層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的速度場、壓力場、溫度場分布情況；對比單、雙層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)流場分布特點(diǎn)；說明夏、冬兩種運(yùn)行模式下輸出功率及流場分布方面差異；指出夏季模式下次集熱棚內(nèi)通風(fēng)效果以及冬季模式下次集熱棚內(nèi)保溫效果。得出結(jié)論：在輻射強(qiáng)度、集熱棚半徑、煙囪高度、煙囪內(nèi)徑、環(huán)境參數(shù)一定的情況下,雙層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)輸出功率隨著主次集熱棚間距、次集熱棚入口高度、次集熱棚出口高度的增加先增大后減小；在相同尺寸規(guī)模下,雙層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)較傳統(tǒng)單層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率有所提高；夏季模式下系統(tǒng)發(fā)電功率要遠(yuǎn)高于冬季模式；夏季次集熱棚內(nèi)的通風(fēng)效果要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)溫室大棚；采用雙層集熱棚式也提高了次集熱棚冬季保溫性能。搭建了小型雙層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)并進(jìn)行數(shù)據(jù)測量,通過對比實(shí)驗(yàn)測量值與數(shù)值模擬結(jié)果,發(fā)現(xiàn)在允許的誤差范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)測量值與數(shù)值模擬結(jié)果具有很高的吻合度,說明本文數(shù)值模擬方法及模擬結(jié)果具有很高的可靠性、準(zhǔn)確性。 【關(guān)鍵詞】：太陽能熱氣流發(fā)電 雙層集熱棚 數(shù)值模擬 實(shí)驗(yàn)研究
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-11
• 1 緒論11-25
• 1.1 研究背景11-13
• 1.1.1 世界能源供應(yīng)現(xiàn)狀11
• 1.1.2 世界能源消費(fèi)現(xiàn)狀11-12
• 1.1.3 我國能源現(xiàn)狀12-13
• 1.1.4 可再生能源開發(fā)利用13
• 1.2 太陽能的利用13-17
• 1.2.1 太陽能資源14-15
• 1.2.2 太陽能利用特點(diǎn)15
• 1.2.3 太陽能利用現(xiàn)狀與發(fā)展15
• 1.2.4 太陽能發(fā)電技術(shù)15-17
• 1.3 太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)17-22
• 1.3.1 基本原理17-18
• 1.3.2 太陽能熱氣流發(fā)電的優(yōu)勢18-20
• 1.3.3 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3.4 太陽能熱氣流發(fā)電研究存在的問題22
• 1.4 課題的提出22-25
• 1.4.1 課題提出的背景22-23
• 1.4.2 課題研究內(nèi)容23-25
• 2 雙層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)熱性能分析25-36
• 2.1 太陽輻射25-26
• 2.1.1 太陽輻射量計(jì)算25-26
• 2.2 熱力循環(huán)過程分析26-28
• 2.2.1 系統(tǒng)理想熱力循環(huán)26-27
• 2.2.2 系統(tǒng)實(shí)際熱力循環(huán)27-28
• 2.3 系統(tǒng)各部分能量轉(zhuǎn)換機(jī)理28-31
• 2.3.1 雙層集熱棚28-29
• 2.3.2 風(fēng)力透平29-30
• 2.3.3 太陽能煙囪30-31
• 2.4 雙層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)HAG效應(yīng)31-33
• 2.4.1 系統(tǒng)相對靜壓31-32
• 2.4.2 系統(tǒng)抽力計(jì)算32-33
• 2.4.3 系統(tǒng)輸出功率和發(fā)電功率33
• 2.5 雙層集熱棚熱平衡計(jì)算33-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 3 雙層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)數(shù)值模擬36-46
• 3.1 輻射模型36-39
• 3.1.1 輻射特性36-37
• 3.1.2 FLUENT中輻射模型37-38
• 3.1.3 太陽加載模型38-39
• 3.1.4 太陽計(jì)算器39
• 3.2 物理模型39-40
• 3.3 數(shù)學(xué)模型40-42
• 3.3.1 雷諾數(shù)40-41
• 3.3.2 三大守恒方程41
• 3.3.3 標(biāo)準(zhǔn)k-ε方程41-42
• 3.4 數(shù)值計(jì)算42-45
• 3.4.1 前處理42-43
• 3.4.2 求解設(shè)置43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 4 數(shù)值模擬結(jié)果分析46-58
• 4.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對系統(tǒng)發(fā)電功率影響46-49
• 4.1.1 主次集熱棚間距對系統(tǒng)發(fā)電功率影響46-47
• 4.1.2 次集熱棚入口高度對系統(tǒng)發(fā)電功率影響47-48
• 4.1.3 次集熱棚出口高度對系統(tǒng)發(fā)電功率影響48-49
• 4.2 系統(tǒng)速度場、壓力場、溫度場分析49-52
• 4.3 單、雙層集熱棚式太陽能熱氣流電站流場對比分析52-54
• 4.4 系統(tǒng)夏、冬兩種運(yùn)行模式下流場對比分析54-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 5 小型雙層集熱棚式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究58-69
• 5.1 實(shí)驗(yàn)概述58
• 5.2 實(shí)驗(yàn)裝置基本參數(shù)58
• 5.3 實(shí)驗(yàn)裝置搭建58-61
• 5.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量61-64
• 5.4.1 溫度測量系統(tǒng)61-63
• 5.4.2 風(fēng)速測量系統(tǒng)63-64
• 5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析64-68
• 5.5.1 雙層集熱棚運(yùn)行參數(shù)分析64-65
• 5.5.2 單雙層集熱棚運(yùn)行參數(shù)對比分析65-67
• 5.5.3 實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果對比分析67-68
• 5.6 本章小結(jié)68-69
• 6 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 主要結(jié)論69
• 6.2 展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-74
• 致謝74-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75-76

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