太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的荷載和抗風性能研究

【摘要】： 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)是一項利用太陽能集熱以及煙囪效應驅(qū)動風力渦輪帶動發(fā)電機發(fā)電的新系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的煙囪高度往往達到上千米,屬于超高聳結(jié)構(gòu)的范疇,同時由于該系統(tǒng)的特殊性,系統(tǒng)工作時煙囪結(jié)構(gòu)將處于復雜的內(nèi)外風場和溫度場環(huán)境中。本文以一發(fā)電功率為100MW的太陽能熱氣流發(fā)電站為研究對象,通過平均風風場數(shù)值模擬、溫度場數(shù)值模擬研究了系統(tǒng)內(nèi)外風場和溫度場的分布規(guī)律,并對其中的超高聳煙囪進行了風速時程分析和風振分析,論文得出了一些結(jié)論,為該系統(tǒng)進一步的結(jié)構(gòu)分析提供了理論依據(jù)。 論文首先總結(jié)了影響太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率和效率的各種因素,通過數(shù)值模擬研究了系統(tǒng)幾何尺寸和形體變化對系統(tǒng)性能的影響,確定了超高聳煙囪的合理形體,得到了功率為100兆瓦電站的合理尺寸。 論文接著運用計算流體力學方法對系統(tǒng)內(nèi)外風場進行數(shù)值模擬,得到了系統(tǒng)風場的分布規(guī)律,按照風工程理論計算得到煙囪的風載體型系數(shù),并與我國荷載規(guī)范以及相關(guān)風洞試驗數(shù)據(jù)進行了對比研究,得到了體型系數(shù)沿煙囪高度方向和圓周方向的分布規(guī)律。 為模擬系統(tǒng)溫度場分布,論文對計算流體力學軟件FLUENT中的輻射模型做了系統(tǒng)研究,采用數(shù)值傳熱理論和計算流體力學方法,模擬了一定太陽輻射條件下系統(tǒng)內(nèi)的輻射對流傳熱過程,得到了沿集熱棚高度和直徑方向以及沿煙囪高度和直徑方向溫度的分布規(guī)律。 論文最后采用諧波疊加法,同時引入快速傅里葉變換技術(shù),以西繆譜為標準譜對超高聳煙囪進行了風速時程模擬和分析;通過煙囪動力特性分析得到煙囪前9階振型和頻率;通過結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動力計算得到了風振響應,并最終得出了煙囪的風振系數(shù)。 【關(guān)鍵詞】：太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng) 風場 溫度場 太陽輻射 脈動風 風振響應
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TU312.1
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目次7-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)概述10-17
• 1.1.1 全球能源問題現(xiàn)狀10-11
• 1.1.2 太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)介紹11-13
• 1.1.3 理論研究和應用現(xiàn)狀13-17
• 1.2 高聳結(jié)構(gòu)分類與發(fā)展17-19
• 1.2.1 高聳結(jié)構(gòu)的分類17-18
• 1.2.2 高聳結(jié)構(gòu)的發(fā)展18-19
• 1.3 本文的研究背景19-20
• 1.4 本文的研究內(nèi)容20-22
• 第2章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)性能和形體研究22-35
• 2.1 引言22
• 2.2 熱力學模型研究22-26
• 2.2.1 Schlaich模型22-24
• 2.2.2 楊家寬模型24-25
• 2.2.3 系統(tǒng)性能影響因素歸納25-26
• 2.3 幾何尺寸與形體對系統(tǒng)性能影響研究26-33
• 2.3.1 模型概況26-29
• 2.3.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析29-33
• 2.4 100MW電站形體及尺寸設(shè)計33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第3章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)外風場數(shù)值模擬35-51
• 3.1 結(jié)構(gòu)風工程理論35-37
• 3.1.1 大氣邊界層與平均風剖面35-36
• 3.1.2 基本風速與基本風壓36
• 3.1.3 風壓系數(shù)與體型系數(shù)36-37
• 3.2 計算流體力學理論37-40
• 3.2.1 CFD方法簡介37
• 3.2.2 空氣鈍體繞流基本方程37-40
• 3.3 100MW電站風場數(shù)值模擬40-50
• 3.3.1 模型概況40-42
• 3.3.2 模型邊界條件與計算設(shè)置42-43
• 3.3.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析43-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第4章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)溫度場數(shù)值模擬51-66
• 4.1 引言51
• 4.2 數(shù)值傳熱學理論51-56
• 4.2.1 描述對流換熱的能量方程51-53
• 4.2.2 浮升力模型與Boussinesq假設(shè)53-54
• 4.2.3 輻射輸運方程54
• 4.2.4 輻射模型簡介54-56
• 4.3 華中科技大學實驗電站溫度場數(shù)值模擬56-62
• 4.3.1 基本求解步驟56-57
• 4.3.2 模型概況57
• 4.3.3 主要求解設(shè)置57-60
• 4.3.4 數(shù)值模擬結(jié)果分析60-62
• 4.4 100MW電站溫度場數(shù)值模擬62-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 第5章 太陽能熱氣流發(fā)電煙囪的抗風性能分析66-84
• 5.1 引言66
• 5.2 煙囪動力特性分析66-69
• 5.2.1 模型概況66-67
• 5.2.2 模態(tài)分析67-69
• 5.3 風速時程分析69-78
• 5.3.1 脈動風主要特性69-72
• 5.3.2 風荷載模擬方法72-74
• 5.3.3 風速時程模擬74-78
• 5.4 風振響應分析78-82
• 5.4.1 結(jié)構(gòu)動力學原理78-79
• 5.4.2 風振分析結(jié)果79-81
• 5.4.3 風振系數(shù)81-82
• 5.5 本章小結(jié)82-84
• 第6章 結(jié)論與展望84-86
• 6.1 結(jié)論84-85
• 6.2 展望85-86
• 參考文獻86-91
• 作者簡歷91

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