不同热机循环下碟式太阳能热发电系统热力学分析

【摘要】：能源短缺问题日益严峻,太阳能热发电技术可以利用丰富的太阳能资源为全球提供广泛的电力支撑,是未来解决能源问题的发展趋势。碟式太阳能热发电技术具有高效的光电转换率,令其成为最有潜力的太阳能热发电方式。碟式系统目前尚未进入商业化运作,需要对其系统性能的优化做进一步研究。本文对不同热力循环下碟式太阳能热发电系统的热机进行性能比较,并对碟式斯特林系统进行优化。 本文首先应用有限时间热力学方法,对适用于碟式系统的两种循环(布雷顿循环和斯特林循环)的运行性能和适用范围做了分析和比较,并根据分析结果选择斯特林循环作为碟式系统中热机的循环方式。然后基于施密特理论,对α型、β型和γ型斯特林机建立了等温模型,推导了三种斯特林机的输出功率计算方程,根据该方程比较了这三种热机的性能特点,并依据比较结果选择α型斯特林机作为碟式系统的热机。最后将碟式聚光器模块和斯特林机模块耦合起来,建立碟式系统的热力学模型,并推导了系统性能与太阳能辐照强度、采光面积、聚焦比、相位角、行程容积比、死容积比、膨胀腔内附带死容积配比和温度比等参数的关系式,根据关系式研究长沙地区夏季一天内太阳能热-功效率的的变化特点,优化了聚焦比、相位角和行程容积比这三个结构参数,比较分析了与死容积相关的几个不可逆因素对系统性能的综合影响,讨论了温度比的合理取值范围。 本文对适用于碟式热发电系统的各类热机性能进行了比较,所得结论对碟式系统的热机选型提供了理论依据。建立了碟式系统输出功率和效率与各性能参数的关系式,其优化结果对碟式系统的合理设计具有重要意义。 【关键词】：太阳能热发电 布雷顿循环 斯特林发动机 优化
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 太阳能热发电系统概述9-12
• 1.1.1 太阳能热发电系统类型的特点9-11
• 1.1.2 布雷顿循环下的碟式太阳能系统11-12
• 1.1.3 斯特林循环下的碟式太阳能系统12
• 1.2 碟式太阳能系统研究现状12-16
• 1.2.1 基于不同热力循环的碟式系统研究现状12-14
• 1.2.2 碟式聚光器的研究现状14
• 1.2.3 斯特林机研究现状14-16
• 1.3 本课题的研究意义及其主要研究内容16-18
• 1.3.1 研究意义16-17
• 1.3.2 本文主要研究内容17-18
• 2 布雷顿热机和斯特林机的性能比较18-36
• 2.1 布雷顿热机的性能分析18-24
• 2.1.1 布雷顿热机热力学模型18-21
• 2.1.2 布雷顿热机热力学分析21-24
• 2.2 斯特林机的性能分析24-31
• 2.2.1 斯特林机热力学模型24-27
• 2.2.2 斯特林机热力学分析27-31
• 2.3 两种热机的比较31-35
• 2.3.1 两种热机的性能比较32-34
• 2.3.2 两种热机的适用性分析34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 不同型式斯特林机的性能比较36-45
• 3.1 三种斯特林机的等温模型36-38
• 3.2 性能参数对输出功的影响38-43
• 3.2.1 相位角的影响39-40
• 3.2.2 行程容积比的影响40-41
• 3.2.3 死容积比的影响41-42
• 3.2.4 高低温热源温度比的影响42-43
• 3.2.5 斯特林机选型43
• 3.3 本章小结43-45
• 4 碟式斯特林热发电系统的热力学模型45-52
• 4.1 碟式斯特林系统热力学模型概述45-46
• 4.2 碟式聚光器模型46
• 4.3 斯特林机热力学模型46-49
• 4.3.1 施密特模型A47-48
• 4.3.2 考虑死容积分配比影响的模型B48
• 4.3.3 考虑机械损失影响的模型C48-49
• 4.4 碟式系统的计算流程49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 5 碟式斯特林热发电系统的性能分析52-60
• 5.1 聚光器参数的影响52-53
• 5.1.1 太阳能辐照强度和集热器采光面直径的影响52-53
• 5.1.2 聚光比的影响53
• 5.2 斯特林机参数的影响53-57
• 5.2.1 相位角和行程容积比的影响53-55
• 5.2.2 各不可逆因素的影响55-57
• 5.3 高低温热源温度比的影响57-58
• 5.4 本章小结58-60
• 6 结论和研究展望60-62
• 6.1 本文结论60-61
• 6.2 研究展望61-62
• 参考文献62-67
• 攻读学位期间主要的研究成果67-68
• 致谢68

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