太阳能驱动有机朗肯循环集热器与系统性能研究

【摘要】：世界能源总体发展趋势要求我们更多的使用绿色环保的可再生能源,太阳能作为重要的可再生能源具有广阔的发展前景。太阳能有机朗肯循环系统可以利用中低温太阳能进行发电,在太阳能的利用中具有独特的优势。目前针对太阳能有机朗肯循环系统的研究主要是针对有机朗肯循环的研究,针对适用于太阳能有机朗肯循环系统的集热器的研究很少。本文根据有机朗肯循环特点选择槽式太阳能集热器作为太阳能有机朗肯循环系统的集热器,针对槽式太阳能集热器的光学与传热性能进行了分析研究,并结合有机朗肯循环系统,研究集热器相关参数对太阳能有机朗肯循环系统的影响。论文主要研究内容、成果和结论包括以下五个方面：1、建立了太阳直射辐射计算模型、槽式太阳能集热器光学效率计算模型,并通过VB语言编写程序,实现太阳直射辐射强度和槽式太阳能集热器光学效率的计算；建立了槽式太阳能集热器的传热计算模型。2、设计计算了一套集热量在100kW左右的槽式太阳能集热器。3、建立槽式太阳能集热器聚光模型,采用SOLTRACE软件模拟研究了槽式太阳能集热器的聚光特性,得到集热管金属吸热管表面热流密度分布特性。4、建立槽式太阳能集热器集热管的计算模型,采用FLUENT软件对表面热流密度分布不均匀的集热管进行数值模拟。模拟发现,集热器集热效率随太阳直射辐射强度(DNI)增加、空气温度升高、流体进口速度增大而增大,随环境风速增大、流体进口温度升高而减小,其中空气温度和环境风速对效率影响较小。集热管内流体温升随DNI增加而增大,随流体进口速度增大而减小,空气温度、风速、流体进口温度对其影响较小。管内压损随流体进口速度增大而增大,随DNI增加、流体进口温度升高而减小,空气温度和风速对其影响很小。吸热管表面最大温差随DNI增加而增大,随流体进口速度增大而减小,随进口温度升高先增大后减小,空气温度和风速对其影响很小。玻璃套管表面最大温差随DNI增加、流体进口温度升高而增大,随风速增大、空气温度升高、进口速度增大而减小,其中空气温度对其影响较小。针对低流速下吸热管表面温差过大的问题,提出三种适用于太阳能有机朗肯循环系统槽式太阳能集热器结构优化的方法。5、设计了一套槽式太阳能有机朗肯循环发电系统,建立了有机朗肯循环系统的数学模型,对槽式太阳能有机朗肯循环发电系统进行模拟。模拟发现,系统整体效率和膨胀机输出功随DNI增加、流体进口温度升高而增大,随进口速度增大而减小。当集热器进出口温度固定时,系统存在最佳流速,最佳流速与DNI和进口温度都有关,当系统工况从DNI=450W/m2,Tin=100℃变化到DNI=900W/m2, Tin=150℃时,最佳流速从1m/s变化到1.2～1.4m/s。 【关键词】：槽式太阳能集热器 有机朗肯循环 设计计算 数值模拟 系统性能
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK513.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 主要符号表8-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 太阳能热发电技术10-14
• 1.2.1 太阳能热发电技术分类10-12
• 1.2.2 槽式太阳能集热器研究现状12-14
• 1.3 太阳能有机朗肯循环系统及其研究现状14-15
• 1.4 本文的研究内容及意义15-16
• 第二章 槽式太阳能集热器模型研究16-31
• 2.1 太阳辐射光学模型及计算16-21
• 2.1.1 太阳辐射模型16-18
• 2.1.2 太阳辐射计算18-19
• 2.1.3 太阳直射辐射计算模型验证19-21
• 2.2 槽式太阳能集热器光学效率模型及计算21-25
• 2.2.1 槽式太阳能集热器几何特性21-22
• 2.2.2 槽式太阳能集热器光学效率计算22-24
• 2.2.3 光学效率计算模型验证24-25
• 2.3 槽式太阳能集热器传热模型25-30
• 2.3.1 集热管能量平衡模型25-27
• 2.3.2 集热管传热模型27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 太阳能有机朗肯循环系统集热器设计计算31-38
• 3.1 太阳能有机朗肯循环系统31-33
• 3.1.1 系统简介31
• 3.1.2 系统特点和关键技术31-33
• 3.2 抛物面槽式太阳能集热器33-37
• 3.2.1 集热器设计计算33-35
• 3.2.2 集热器结构设计35-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 槽式太阳能集热器数值模拟与分析38-69
• 4.1 槽式太阳能集热器吸热管表面热流密度分布38-42
• 4.1.1 MCRT法与SOLTRACE软件38-39
• 4.1.2 槽式抛物面太阳能集热器光学特性模拟39-42
• 4.2 非均匀热流密度分布下集热管数值模型建立42-47
• 4.2.1 集热管计算模型42-44
• 4.2.2 网格划分与模型验证44-47
• 4.3 数值模拟结果与分析47-67
• 4.3.1 太阳直射辐射强度(DNI)的影响47-51
• 4.3.2 空气温度的影响51-53
• 4.3.3 环境风速的影响53-56
• 4.3.4 流体进口温度的影响56-60
• 4.3.5 流体进口速度的影响60-66
• 4.3.6 集热器结构优化66-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第五章 槽式太阳能有机朗肯循环系统性能研究69-82
• 5.1 槽式太阳能有机朗肯循环系统结构与工作原理69-70
• 5.1.1 系统基本结构69
• 5.1.2 系统工作原理69-70
• 5.2 有机朗肯循环部分数学模型70-76
• 5.2.1 有机朗肯循环热力计算70-72
• 5.2.2 系统各部件计算模型72-76
• 5.2.3 槽式太阳能有机朗肯循环发电系统参数设定76
• 5.3 系统计算结果与性能分析76-80
• 5.3.1 太阳直射辐射强度(DNI)对系统效率的影响76-77
• 5.3.2 集热器流体进口温度对系统效率的影响77-78
• 5.3.3 集热器流体进口速度对系统效率的影响78-80
• 5.4 本章小结80-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 6.1 研究成果及结论82-83
• 6.2 不足与展望83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-88
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文和申请的专利情况88

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

有机朗肯循环系统最佳再热压力的确定    徐杰;李新禹;谷操;宋佳钫;

有机朗肯循环系统及其透平设计研究    李艳;连红奎;顾春伟;

基于有机朗肯循环低温余热利用研究    刘经武;戴义平;

有机朗肯循环低品位能回收技术    张思朝;马国远;许树学;

有机朗肯循环系统最佳蒸发温度和分析    张军辉;刘娟芳;陈清华;

有机朗肯循环系统的传递分析    张明智;刘辉;

再热式有机朗肯循环热力性能研究    李梦奇;白皓;李宁;张鑫;

氨水工质朗肯循环    薄涵亮,马昌文,吴少融

复式朗肯循环的输出和效率分析    熊一权

跨临界有机朗肯循环性能分析    高虹;刘朝;贺超;徐肖肖;

道路工况下朗肯循环能量回收效率研究    杨灿;谢辉;

有机朗肯循环透平设计与分析    连红奎;顾春伟;李锡明;徐志明;叶钟;

应用于有机朗肯循环系统仿真的透平建模    魏东红;鲁雪生;陆震;顾建明;

废热源驱动的有机朗肯循环系统夏冬季节性能比较    魏东红;陆震;鲁雪生;顾建明;

有机朗肯循环在工业余热回收中的应用    李艳;连红奎;顾春伟;

有机朗肯循环回收中低温工业余热的系统研究    李艳;顾春伟;李锡明;徐志明;叶钟;

极地气候有机朗肯循环发电系统工质选择    卢军;李伟鑫;韦伟;严瑞东;陈江平;程言峰;

海洋温差氨-水非共沸混合工质朗肯循环系统研究    刘伟民;高铁瑜;陈凤云;钱继杨;高松涛;

利用LNG冷能的再热式低温朗肯循环分析    林文胜;贺红明;顾安忠;

利用LNG冷能的再热式低温朗肯循环分析    林文胜;贺红明;顾安忠;

车用发动机变工况下有机朗肯循环系统运行特性研究    杨凯

小型重力驱动低温有机朗肯循环的理论和实验研究    王晓东

低温有机朗肯循环及其透平的研究与设计    李艳

低温发电有机朗肯循环优化及辐流式汽轮机性能研究    潘利生

有机朗肯循环热源耦合机理及流型协同理论研究    陈奇成

中低温地热发电有机朗肯循环热力学优化与实验研究    李太禄

常用有机朗肯循环工质热稳定性研究    王小

基于有机朗肯循环和Kalina循环冷热电联供系统的研究    周然

中低温有机朗肯循环发电系统性能研究与优化    石洋

中低温有机朗肯循环的性能优化与实验平台构建    吴腾

喷射器升压式有机朗肯循环及其气液两相喷射器性能研究    谭金富

低温有机朗肯循环余热回收系统的工质优选    杜燕

有机朗肯循环系统的换热器效应及双级性能分析研究    秦亚琦

亚临界有机朗肯循环发电系统的优化及动态仿真    聂兰胸

太阳能驱动有机朗肯循环集热器与系统性能研究    章智博

基于朗肯循环废气余热回收技术的研究    王涤非