太陽(yáng)能煙囪發(fā)電系統(tǒng)的CFD模擬與優(yōu)化

【摘要】： 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電技術(shù)是一項(xiàng)綜合應(yīng)用溫室效應(yīng)技術(shù)、煙囪技術(shù)以及風(fēng)力渦輪發(fā)電技術(shù)于一體的太陽(yáng)能發(fā)電新技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能的一種新的途徑。太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)的低效率以及由于太陽(yáng)能煙囪過(guò)高而存在的工程安全性差和工程費(fèi)過(guò)高的問(wèn)題是影響建造商業(yè)規(guī)模的太陽(yáng)能煙囪電站的重要因素。太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)中氣流的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布對(duì)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換、渦輪轉(zhuǎn)子的輸出功率有很大的影響。而太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)的尺寸是決定其速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的關(guān)鍵因素之一。因此研究太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)的尺寸對(duì)發(fā)電功率的影響是必要的。 傳統(tǒng)研究流體流動(dòng)與對(duì)流換熱的方法是實(shí)驗(yàn)研究。由于太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)的造價(jià)相對(duì)較高，直接進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)研究是不合理的。隨著數(shù)值模擬技術(shù)在對(duì)流換熱中的應(yīng)用日益廣泛，應(yīng)用數(shù)值模擬方法對(duì)太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)中的氣流進(jìn)行模擬研究已經(jīng)變得可行。 在本文中應(yīng)用數(shù)值計(jì)算方法，在一定假設(shè)條件下，建立了適宜于太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)中氣流的數(shù)值計(jì)算模型。并利用建立的數(shù)值模型，采用通用商業(yè)CFD軟件FLUENT對(duì)太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)中速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析表明：在其它條件不變的情況下，集熱棚周邊距離地面高度對(duì)太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)的發(fā)電功率沒(méi)有影響；太陽(yáng)能煙囪直徑存在一最佳值，使得太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)的輸出發(fā)電功率最大；太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)的發(fā)電功率和建造成本隨集熱棚直徑、太陽(yáng)能煙囪的高度同向增大，但增率不同，存在較優(yōu)的比值Hc/D_(coll)使得太陽(yáng)能煙囪發(fā)電系統(tǒng)在比較低的建造成本下獲得比較高的發(fā)電功率。這為實(shí)用性的太陽(yáng)能煙囪電站的優(yōu)化設(shè)計(jì)和建造提供了依據(jù)和指導(dǎo)。 最后，在本文中根據(jù)煙囪的常規(guī)設(shè)計(jì)方法，采用VC++語(yǔ)言編程，對(duì)應(yīng)用FLUENT軟件模擬計(jì)算得出的幾個(gè)尺寸的太陽(yáng)能煙囪進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算，結(jié)果顯示，采用常規(guī)煙囪的建筑材料和設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)建造高聳太陽(yáng)能煙囪在強(qiáng)度上是可行的。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能煙囪 數(shù)值模擬 系統(tǒng)效率 優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 符號(hào)說(shuō)明12-13
• 第1章 緒論13-28
• 1.1 能源問(wèn)題及可再生能源的開(kāi)發(fā)利用13-15
• 1.1.1 世界及我國(guó)的能源問(wèn)題13-14
• 1.1.2 可再生能源的開(kāi)發(fā)利用14-15
• 1.2 太陽(yáng)能的優(yōu)勢(shì)及太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)15-18
• 1.2.1 太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)15-16
• 1.2.2 太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展16-18
• 1.3 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電技術(shù)18-25
• 1.3.1 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電技術(shù)原理18-19
• 1.3.2 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)19-21
• 1.3.3 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展21-25
• 1.4 課題的提出25-28
• 1.4.1 課題提出的背景25-26
• 1.4.2 本文的主要研究?jī)?nèi)容及意義26-28
• 第2章 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換分析28-32
• 2.1 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程28
• 2.2 渦輪發(fā)電機(jī)功率計(jì)算28-29
• 2.3 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率29-31
• 2.3.1 太陽(yáng)能集熱棚熱轉(zhuǎn)換效率29
• 2.3.2 太陽(yáng)能煙囪的能量轉(zhuǎn)換效率29-30
• 2.3.3 風(fēng)力渦輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率30-31
• 2.3.4 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率分析31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電裝置的數(shù)值模型和模擬過(guò)程32-42
• 3.1 實(shí)物模型化32
• 3.2 數(shù)學(xué)模型32-36
• 3.2.1 湍流數(shù)學(xué)模型33
• 3.2.2 連續(xù)性方程33-34
• 3.2.3 三維圓柱坐標(biāo)系中標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的控制方程34-36
• 3.3 邊界條件36-37
• 3.4 FLUENT的使用37-41
• 3.4.1 網(wǎng)格生成37-38
• 3.4.2 FLUENT軟件的部分設(shè)置38-40
• 3.4.3 模擬計(jì)算過(guò)程及模擬結(jié)果40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 數(shù)值模擬結(jié)果及討論42-56
• 4.1 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電系統(tǒng)尺寸42-43
• 4.2 模擬結(jié)果比對(duì)43-45
• 4.3 模擬結(jié)果與討論45-53
• 4.3.1 太陽(yáng)能集熱棚入口高度H_p對(duì)系統(tǒng)性能的影響45-47
• 4.3.2 太陽(yáng)能煙囪直徑d對(duì)系統(tǒng)性能的影響47-49
• 4.3.3 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電系統(tǒng)尺寸優(yōu)化49-53
• 4.4 太陽(yáng)能煙囪能量轉(zhuǎn)換效率驗(yàn)證53-54
• 4.5 本章小結(jié)54-56
• 第5章 太陽(yáng)能煙囪的設(shè)計(jì)計(jì)算56-60
• 5.1 太陽(yáng)能煙囪結(jié)構(gòu)分析56
• 5.2 太陽(yáng)能煙囪計(jì)算程序56
• 5.3 計(jì)算結(jié)果及討論56-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 6 結(jié)論與展望60-62
• 附錄1:不同規(guī)模的太陽(yáng)能煙囪發(fā)電站的投資費(fèi)用62-63
• 附錄2:太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)的網(wǎng)格劃分圖和流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、密度場(chǎng)分布圖63-66
• 附錄3:集熱棚入口高度對(duì)太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)的影響66-67
• 附錄4:煙囪直徑對(duì)太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)的影響67-70
• 附錄5:煙囪高度對(duì)太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)的影響70-71
• 附錄6:集熱棚直徑對(duì)太陽(yáng)能煙囪系統(tǒng)的影響71-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 致謝77-78
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表78

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