太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)主要部件對其性能影響的研究

【摘要】：太陽能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)是一種適宜大規(guī)模發(fā)電的熱氣流發(fā)電技術(shù)。我國人煙稀少的西部地區(qū)具有發(fā)展大規(guī)模太陽能發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢。本文基于太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)流動與傳熱過程的熱力學(xué)理論，對集熱棚半徑、渦輪壓降以及煙囪形狀對系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行了研究，取得如下一些有意義的研究成果。 ①雙層集熱棚熱風(fēng)系統(tǒng)和單層集熱棚熱風(fēng)系統(tǒng)性能對比表明雙層集熱棚系統(tǒng)性能更佳，原因就在于雙層結(jié)構(gòu)的集熱棚保溫效果好、空氣溫升更高。功率隨渦輪壓降及集熱棚半徑變化的原因在于空氣溫升及體積流量受渦輪壓降及集熱棚半徑的影響。首次對系統(tǒng)內(nèi)空氣溫度沿流動方向的變化情況進(jìn)行了分析。不同渦輪壓降及集熱棚半徑下，空氣溫升過程呈現(xiàn)出不同狀態(tài)：空氣溫升趨勢沿流程一直持續(xù)以及空氣溫升僅存在于流程前段而在后段空氣溫度保持恒定兩種情況。溫升狀態(tài)在整個流程一直持續(xù)對應(yīng)的集熱棚半徑可適當(dāng)增加從而增大系統(tǒng)功率，而另一種情況下水平溫度段所占比例越大說明集熱棚利用率越低，指導(dǎo)工程運用中無限制的增加集熱棚半徑是無意義的，如太陽輻射強(qiáng)度為600W/m2,渦輪壓降為240Pa時，集熱棚半徑值不大于440m。 ②“抽力”與體積流量間函數(shù)以最佳流量為分界點呈不同關(guān)系：低于最佳流量時，“抽力”是流量的一次函數(shù)；大于最佳流量時，“抽力”是流量的冪函數(shù)，其指數(shù)m與最佳壓降比f opt存在關(guān)系fopt (2m)/3，通過冪函數(shù)求得的系統(tǒng)最大功率、最佳渦輪壓降比與實際值的誤差均在3.5%內(nèi)；隨集熱棚半徑增大冪函數(shù)指數(shù)、一次函數(shù)斜率、系統(tǒng)功率、空氣溫升、蓄熱層溫升等都表現(xiàn)出增大趨勢；最佳壓降比、集熱棚凈效率、單位面積功率及熱流密度都呈減小趨勢；隨渦輪壓降增大，空氣溫升速率增大、“抽力”增大速率逐漸增大，且渦輪壓降增大與“抽力”增大的共同作用導(dǎo)致流量隨渦輪壓降增大而線性減小。 ③漸擴(kuò)煙囪的漸擴(kuò)角度及漸擴(kuò)段長度對系統(tǒng)性能具有重要影響：漸擴(kuò)段長度恒定情況下，系統(tǒng)功率隨漸擴(kuò)角度呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢；系統(tǒng)功率隨漸擴(kuò)段長度同樣呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，并且同一系統(tǒng)的最佳漸擴(kuò)長度也受漸擴(kuò)角度的影響，如集熱棚半徑160m情況下、漸擴(kuò)段長度為12m時最佳漸擴(kuò)角度為13.5°，而漸擴(kuò)段長度變?yōu)?4m時對應(yīng)的最佳漸擴(kuò)角度為9°。漸擴(kuò)段長度、漸擴(kuò)角度對系統(tǒng)性能影響的根本原因在于改變了氣流在煙囪內(nèi)的減速膨脹能力，這也是兩參數(shù)之間相互影響的原因。 【關(guān)鍵詞】：太陽能熱風(fēng)系統(tǒng) 集熱棚半徑 渦輪壓降 漸擴(kuò)角度 漸擴(kuò)長度
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 主要符號表8-9
• 1 緒論9-23
• 1.1 研究背景9-10
• 1.1.1 世界能源與環(huán)境問題9
• 1.1.2 中國能源利用現(xiàn)狀9-10
• 1.2 我國利用太陽能熱風(fēng)發(fā)電的可行性10-13
• 1.2.1 太陽能熱風(fēng)發(fā)電可行性10-11
• 1.2.2 我國太陽能資源分布情況及利用現(xiàn)狀11-13
• 1.3 太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)研究現(xiàn)狀13-20
• 1.3.1 理論研究13-17
• 1.3.2 實驗研究進(jìn)展17-18
• 1.3.3 數(shù)值模擬研究進(jìn)展18-20
• 1.4 本文主要工作20-23
• 2 太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)理論分析23-37
• 2.1 概述23
• 2.2 太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)溫室效應(yīng)23-25
• 2.2.1 集熱棚23-24
• 2.2.2 蓄熱介質(zhì)24-25
• 2.3 太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)煙囪效應(yīng)25-26
• 2.4 太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)渦輪機(jī)26
• 2.5 系統(tǒng)熱力循環(huán)26-27
• 2.6 系統(tǒng)能量分配關(guān)系27-28
• 2.7 太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)物理數(shù)學(xué)模型28-31
• 2.8 數(shù)值計算理論31-34
• 2.9 可靠性驗證34-36
• 2.10 本章小結(jié)36-37
• 3 集熱棚半徑及渦輪壓降對系統(tǒng)性能的影響37-53
• 3.1 概述37
• 3.2 計算結(jié)果與分析37-51
• 3.2.1 單層與雙層集熱棚對系統(tǒng)性能的影響37-39
• 3.2.2 雙層集熱棚的半徑及渦輪壓降對系統(tǒng)功率的影響39-41
• 3.2.3 雙層集熱棚的半徑及渦輪壓降對空氣溫升的影響41-51
• 3.3 本章小結(jié)51-53
• 4 基于冪次理論的太陽能熱風(fēng)系統(tǒng)性能分析53-63
• 4.1 概述53
• 4.2 冪次理論簡介53-54
• 4.3 研究結(jié)果54-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 5 煙囪形狀對系統(tǒng)性能影響的數(shù)值研究63-71
• 5.1 概述63-64
• 5.2 計算結(jié)果與分析64-70
• 5.2.1 漸擴(kuò)出口煙囪與直筒出口煙囪的熱風(fēng)系統(tǒng)性能對比64-67
• 5.2.2 漸擴(kuò)角度影響分析67-69
• 5.2.3 漸擴(kuò)長度分析69-70
• 5.3 本章小結(jié)70-71
• 6 總結(jié)和展望71-73
• 6.1 總結(jié)71-72
• 6.2 展望72-73
• 致謝73-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 附錄81
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文81

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