立式集熱板太陽(yáng)能熱氣流電站理論分析與數(shù)值模擬研究

【摘要】： 近年來,不可再生能源的逐漸耗盡與環(huán)境污染給世界人們帶來的困擾,迫使人們尋找新的能源來替代傳統(tǒng)的化石能源。人類要解決能源危機(jī)和環(huán)境問題,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展,只能大規(guī)模的開發(fā)利用可再生的清潔能源。在所有可再生清潔能源中,太陽(yáng)能是被各國(guó)專家都看好的未來替代能源。 太陽(yáng)能的主要利用方式是光電利用和光熱利用,太陽(yáng)能煙囪發(fā)電是一種基于熱動(dòng)力循環(huán)的光—熱—電利用技術(shù),是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ拈g接發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)能煙囪發(fā)電系統(tǒng)主要是應(yīng)用于太陽(yáng)能資源豐富的地廣人稀的荒漠化地帶,而對(duì)同樣具有豐富太陽(yáng)能資源的城市卻不適合。本課題組在太陽(yáng)能煙囪基礎(chǔ)上發(fā)明了一種應(yīng)用于城市的太陽(yáng)能煙囪發(fā)電系統(tǒng)——立式集熱板太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。 以流道內(nèi)空氣流動(dòng)的機(jī)理出發(fā),建立了理想熱力循環(huán)過程和實(shí)際熱力循環(huán)過程,分析出立式集熱板太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的熱力循環(huán)過程本質(zhì)上是熱機(jī)循環(huán)過程。進(jìn)行理論分析時(shí)綜合考慮熱壓和風(fēng)壓兩種因素共同影響,推導(dǎo)出系統(tǒng)通風(fēng)量、系統(tǒng)最大功率和系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)換效率的計(jì)算公式,通過用MATLAB編程方法,分析了太陽(yáng)輻射量、集熱板高度、集熱板寬度等因素對(duì)系統(tǒng)通風(fēng)量、系統(tǒng)最大功率和系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)換效率的影響。 在理論分析的基礎(chǔ)上,以數(shù)值模擬為主要研究方法,對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析討論。分析的主要結(jié)論有:通風(fēng)量、系統(tǒng)最大功率隨著太陽(yáng)輻射量的增加而增加,太陽(yáng)輻射量對(duì)系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)換效率影響很小;集熱板高度是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵,通風(fēng)量和系統(tǒng)最大功率都隨著它的增大而增加,同時(shí)它也是影響系統(tǒng)最大能量轉(zhuǎn)換效率的最為主要的因素;隨著集熱板寬度的增加,系統(tǒng)最大能量轉(zhuǎn)換效率幾乎是不變的,系統(tǒng)通風(fēng)量和系統(tǒng)最大功率是增大的,但是增大的幅度逐漸變小,這是由于增加集熱板寬度對(duì)換熱的主要影響表現(xiàn)在改變了過渡區(qū)特別是正在發(fā)展區(qū)的換熱量,到寬度增加到一定值時(shí),流道內(nèi)的有限空間換熱達(dá)到充分發(fā)展區(qū)后,再增加集熱板寬度對(duì)換熱影響不大;集熱板高度與寬度之間存在一個(gè)最佳比值15～20,使得在此比值范圍內(nèi),系統(tǒng)的通風(fēng)量最大;空氣層厚度對(duì)通風(fēng)量的影響是先增大后減小的,同時(shí)考慮到立式集熱板太陽(yáng)能熱氣流電站是依托城市高樓的南墻而建立,為了不影響城市建筑形象,空氣層厚度不應(yīng)過厚,本文認(rèn)為空氣層的合理厚度為0.2～0.5m。 通過理論分析與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比,理論分析結(jié)果明顯大于數(shù)值模擬結(jié)果,這主要是因?yàn)槔碚摲治鰰r(shí)沒有考慮系統(tǒng)出口回流現(xiàn)象、空氣在流道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失、流道壁面的摩擦損失和空氣在流道內(nèi)湍流時(shí)的能量耗散。 通過正交試驗(yàn)方法,驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)論,進(jìn)一步表明,集熱板高度是整個(gè)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的因素,它對(duì)系統(tǒng)通風(fēng)量、系統(tǒng)最大功率、系統(tǒng)最大能量轉(zhuǎn)換效率影響都比較明顯。 【關(guān)鍵詞】：立式集熱板 太陽(yáng)能熱氣流電站 數(shù)值模擬 系統(tǒng)功率 正交試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TK512
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-22
• 1.1 能源發(fā)展趨勢(shì)及可再生能源的開發(fā)利用12-13
• 1.1.1 能源發(fā)展趨勢(shì)12-13
• 1.1.2 可再生能源的開發(fā)利用13
• 1.2 太陽(yáng)能的利用13-17
• 1.2.1 我國(guó)太陽(yáng)能資源分布14-15
• 1.2.2 太陽(yáng)能的戰(zhàn)略地位15-16
• 1.2.3 太陽(yáng)能利用的優(yōu)缺點(diǎn)16-17
• 1.2.4 太陽(yáng)能的利用方式17
• 1.3 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電技術(shù)17-19
• 1.3.1 太陽(yáng)能煙囪的國(guó)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 太陽(yáng)能煙囪的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀18
• 1.3.3 太陽(yáng)能煙囪研究存在的問題18-19
• 1.4 立式集熱板太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)19-20
• 1.4.1 立式集熱板太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)原理19
• 1.4.2 立式集熱板太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)19-20
• 1.5 課題的提出20-22
• 1.5.1 課題研究背景20
• 1.5.2 課題研究?jī)?nèi)容20
• 1.5.3 課題研究意義20-21
• 1.5.4 本課題的特色和創(chuàng)新之處21-22
• 2 立式集熱板太陽(yáng)能熱氣流電站的理論分析22-37
• 2.1 熱力循環(huán)過程分析22-23
• 2.1.1 理想熱力循環(huán)過程分析22
• 2.1.2 實(shí)際熱力循環(huán)過程分析22-23
• 2.2 通風(fēng)機(jī)理23-24
• 2.3 立式集熱板太陽(yáng)能熱氣流電站系統(tǒng)通風(fēng)機(jī)理分析24-30
• 2.3.1 流道內(nèi)空氣密度與溫度的關(guān)系24
• 2.3.2 流道出入口的壓強(qiáng)差計(jì)算24-25
• 2.3.3 流道內(nèi)空氣質(zhì)量守恒方程25
• 2.3.4 流道內(nèi)空氣流動(dòng)速度方程25-26
• 2.3.5 熱壓及風(fēng)壓作用下的通風(fēng)量26-28
• 2.3.6 玻璃蓋板（吸熱板）的熱平衡方程28-30
• 2.4 計(jì)算結(jié)果分析30-36
• 2.4.1 太陽(yáng)輻射量對(duì)通風(fēng)量的影響30
• 2.4.2 流道性狀對(duì)通風(fēng)量的影響30-32
• 2.4.3 太陽(yáng)輻射量對(duì)系統(tǒng)最大功率的影響32-33
• 2.4.4 流道性狀對(duì)系統(tǒng)最大功率的影響33-34
• 2.4.5 流道性狀對(duì)系統(tǒng)最大能量轉(zhuǎn)換效率的影響34-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 3 立式集熱板太陽(yáng)能熱氣流電站系統(tǒng)數(shù)值模擬37-49
• 3.1 FLUENT 簡(jiǎn)介37-39
• 3.1.1 程序的結(jié)構(gòu)37-38
• 3.1.2 FLUENT 程序求解的問題38
• 3.1.3 FLUENT 程序求解問題的步驟38-39
• 3.2 問題簡(jiǎn)化39
• 3.3 數(shù)學(xué)模型39-42
• 3.3.1 雷諾數(shù)39-40
• 3.3.2 質(zhì)量守恒方程40-41
• 3.3.3 動(dòng)量守恒方程41
• 3.3.4 能量守恒方程41
• 3.3.5 標(biāo)準(zhǔn)k- ε湍動(dòng)能方程41-42
• 3.4 壁面處理方法42-44
• 3.4.1 壁面函數(shù)法的基本思想42-43
• 3.4.2 標(biāo)準(zhǔn)的壁面函數(shù)法43
• 3.4.3 非平衡壁面函數(shù)法43-44
• 3.4.4 增強(qiáng)的壁面函數(shù)法44
• 3.5 FLUENT 在本文中的應(yīng)用44-48
• 3.5.1 GMABIT 簡(jiǎn)介45
• 3.5.2 初始與邊界條件設(shè)置45-46
• 3.5.3 FLUENT 設(shè)置46-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 4 數(shù)值模擬結(jié)果分析49-71
• 4.1 立式集熱板太陽(yáng)能熱氣流電站尺寸49
• 4.2 結(jié)果驗(yàn)證49-50
• 4.3 模擬結(jié)果分析50-62
• 4.3.1 太陽(yáng)輻射量對(duì)系統(tǒng)性能的影響50-52
• 4.3.2 集熱板高度對(duì)系統(tǒng)性能的影響52-55
• 4.3.3 集熱板寬度對(duì)系統(tǒng)性能的影響55-57
• 4.3.4 空氣層厚度對(duì)系統(tǒng)性能的影響57-58
• 4.3.5 理論與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比58-62
• 4.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法驗(yàn)證62-68
• 4.4.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法簡(jiǎn)介62-63
• 4.4.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)63
• 4.4.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析63-68
• 4.5 本章總結(jié)68-71
• 5 實(shí)驗(yàn)裝置建造及其測(cè)量系統(tǒng)安裝71-80
• 5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的材料71-72
• 5.2 溫度測(cè)量系統(tǒng)72-76
• 5.2.1 溫度測(cè)量?jī)x表簡(jiǎn)介72-73
• 5.2.2 溫度測(cè)量?jī)x表的選擇73-76
• 5.3 風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)76-79
• 5.3.1 風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介76
• 5.3.2 風(fēng)速儀的選擇76-77
• 5.3.3 風(fēng)速儀的使用方法77-78
• 5.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果78-79
• 5.4 本章總結(jié)79-80
• 6 總結(jié)與展望80-83
• 6.1 創(chuàng)新點(diǎn)與主要結(jié)論80-81
• 6.1.1 創(chuàng)新點(diǎn)80
• 6.1.2 主要結(jié)論80-81
• 6.2 展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 附錄87-88
• 致謝88-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及獎(jiǎng)勵(lì)89-90

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流量周期性變化流場(chǎng)數(shù)值分析    劉廣山

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橫向來流對(duì)等離子點(diǎn)火器點(diǎn)火區(qū)域的影響    吳曙亮

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基于有限體積法的液滴撞擊固體平壁數(shù)值模擬    王宗鵬

現(xiàn)代綠色環(huán)保設(shè)計(jì)運(yùn)用    徐京華;

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環(huán)保生態(tài)住宅的設(shè)計(jì)與建設(shè)探究    谷云峰;

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建筑中太陽(yáng)能的應(yīng)用技術(shù)    孫光偉,蔣志堅(jiān),劉曉峰,胡汛

帶內(nèi)熱源多孔介質(zhì)中的受迫對(duì)流換熱    杜建華,王補(bǔ)宣

太陽(yáng)能熱氣流電站系統(tǒng)研究    明廷臻;劉偉;許國(guó)良;范愛武;

太陽(yáng)能煙囪式熱力發(fā)電技術(shù)進(jìn)展    龍新峰

先進(jìn)國(guó)家的風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及其前景    張煥芬,喜文華

生態(tài)建筑漫談    彭昌海,柳孝圖

海洋能是人類未來能源的希望    毛秀珍,徐燕椿

論太陽(yáng)能建筑一體化設(shè)計(jì)    王崇杰,趙學(xué)義

歐美建筑設(shè)計(jì)中太陽(yáng)墻的應(yīng)用    王崇杰,何文晶,薛一冰

太陽(yáng)能煙囪發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及展望    張建鋒,楊家寬,肖波,王秀萍

太陽(yáng)能煙囪發(fā)電裝置溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究    楊家寬;李進(jìn)軍;張建鋒;肖波;

太陽(yáng)能煙囪發(fā)電裝置建造和試驗(yàn)研究    楊家寬;張建鋒;李進(jìn)軍;肖波;

電子裝置用低成本熱真空試驗(yàn)設(shè)備    Elhanan Dgany ,張采

熱板對(duì)四立柱式平板硫化機(jī)上橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響    孟兆明,莊杉基,金增平

汽車大型塑料件的熔接技術(shù)    徐文浩,朱偉民

塑膠熱板熔接    陳朝虹,姚定發(fā)

縱向平板熱導(dǎo)率測(cè)量裝置    楊麗

用于預(yù)測(cè)熱板性能的簡(jiǎn)化模型    張亞平;趙建會(huì);

熱板焊接及其在車燈行業(yè)的應(yīng)用    余樂鴻，朱慶棠

保護(hù)熱板裝置的近代發(fā)展與國(guó)際比對(duì)介紹    汪洪軍,張金濤,段宇寧

小型平板熱管傳熱實(shí)驗(yàn)研究    洪宇平,李強(qiáng),宣益民

湍流熱板點(diǎn)火的數(shù)值分析    洪茂玲,范維澄,洪濤

POLO后燈熱板焊接過程的數(shù)值模擬    潘正海;牛莉莎;宋結(jié)明;

ASTM類型紡織品熱傳導(dǎo)性能測(cè)試儀器的分析和研究    張森;宋湛華;邱學(xué)明;西康生;

HS-1B型數(shù)字式循環(huán)恒溫浴槽(兼離體器官恒溫及熱板實(shí)驗(yàn)裝置)    

剔除小鼠神經(jīng)微管馬達(dá)Kifla基因?qū)е骂愃艭harcot-Marie-Tooth病動(dòng)物模型    董銘;于澎;陳嘉峰;孟紅梅;饒明俐;田中庸介;

濾波器與接頭表面焊接的工藝研究    崔春梅;馮杏梅;

離心薄膜蒸發(fā)器傳熱分析及計(jì)算    宋寶明;

內(nèi)源性胍丁胺對(duì)嗎啡藥理作用的影響    蘇瑞斌;盧剛;李錦;秦伯益;

論包裝塑料膜的焊合與質(zhì)量    吳德光;

內(nèi)源性胍丁胺對(duì)嗎啡藥理作用的影響    蘇瑞斌;盧剛;李錦;秦伯益;

絕熱材料及其構(gòu)件絕熱性能測(cè)試方法回顧    周景德;管康雄;

冷熱板價(jià)格或?qū)⒗^續(xù)盤整回落    田心

唐鋼熱板變薄 一年增效3億    通訊員 孫學(xué)君　楊威 本報(bào)記者 常素莉

建筑鋼材再次回落 熱板小漲冷板小跌    蘭格鋼鐵信息研究中心 張華

冷熱板價(jià)格將繼續(xù)下跌    吳剛

熱板市場(chǎng)持續(xù)疲軟    李永璞

冷熱板市場(chǎng)不會(huì)有太大起色    林木

冷熱板市場(chǎng)價(jià)格仍將穩(wěn)中趨升    本報(bào)首席記者 包斯文

武漢鋼市冷、熱板（卷）價(jià)格順勢(shì)上漲    記者 艾木生

武漢鋼市冷熱板（卷）價(jià)格大幅反彈    記者 艾木生

近期冷熱板市場(chǎng)價(jià)格震蕩回落    本報(bào)首席記者 包斯文

呱氨托美汀鎮(zhèn)痛和胃保護(hù)作用及其部分機(jī)制的研究    李元海

不同模型上雌激素受體拮抗劑對(duì)暈動(dòng)病易感性的影響    栗志遠(yuǎn)

炭纖維層壓導(dǎo)電復(fù)合材料及其活性炭纖維紙功能化的研究與應(yīng)用    楊小平

回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器動(dòng)態(tài)特性及控制策略研究    王洪躍

溫通降濁法抗腫瘤轉(zhuǎn)移研究    李曉麗

用于光刻膠烘干的熱板的研制    王建輝

高熱流密度相變均熱板傳熱特性的理論研究    陳慧雁

基于ANSYS軟件的輸送帶硫化機(jī)蒸汽加熱熱板的溫度場(chǎng)研究    滿寧寧

注射機(jī)熱板溫度場(chǎng)數(shù)值分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)    花丹紅

線性熱傳導(dǎo)溫度場(chǎng)快速優(yōu)化方法及其在電熱板優(yōu)化中的應(yīng)用    王賡劼

高密度聚乙烯壓力管道熱板焊接接頭應(yīng)力場(chǎng)有限元模擬    谷侃鋒

眼鏡王蛇毒神經(jīng)毒素的分離純化、活性測(cè)定及鎮(zhèn)痛作用研究    黃立峰

蒸汽腔陣列式鋁制均熱板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳熱性能分析    揭志偉

刨花板熱壓機(jī)橫梁有限元分析    李春玉

炭黑水泥砂漿板的電熱試驗(yàn)與傳熱分析    穆新盈