太阳能布雷顿热机发电系统仿真研究

【摘要】：太阳能热动力发电系统(Solar Dynamic Power System，SDPS)以其优越的性能（包括输出比功率大、热效率高、造价低、迎风面积小和污染小等），成为解决现阶段能源危机和环境污染问题的重要方法之一。基于国外空间电站中的太阳能布雷顿热机发电系统（Solar Dynamic Brayton Cycle System，SDBC）的研究思路，本文以某型单轴燃机为母型机，进行太阳能布雷顿发电系统循环性能的仿真研究。本文主要包括以下工作内容： 1.针对布雷顿循环热机的主要部件压气机、涡轮以及气动连接的容积模块和机械连接的转子模块分别利用Matlab/Simulink软件建立了各个部件的动态仿真模型；用BP神经网络法对压气机和涡轮的部件特性进行拟合，建立了压气机和涡轮部件特性查询模块；建立了回热器动态数学模型；建立了空气物性查询模块； 2.根据蓄热器内传热数学模型、压力计算数学模型、换热系数计算数学模型基于集总参数法利用Matlab/Simulink软件建立了蓄热器的动态仿真模型； 3.根据系统设计点参数计算了校核了换热管换热面积，得到了换热管的参数；基于以上模块建立了太阳能布雷顿热机发电系统的仿真模型，并对其进行仿真； 4.通过对聚能器聚光面积、换热管换热面积、蓄热材料质量不同时太阳能布雷顿热机发电系统典型日工作情况进行仿真，得出了聚能器聚光面积、换热管换热面积、蓄热材料质量与系统日输出总能和系统效率的变化关系； 通过仿真计算，得到了聚能器聚光面积、换热管换热面积、蓄热材料质量与太阳能布雷顿热机发电系统日输出功率变化关系，可以用于指导系统的设计。 【关键词】：太阳能热动力 蓄热 布雷顿循环 太阳能
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TM743
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 研究目的和意义10-11
• 1.2 研究现状11-17
• 1.2.1 太阳能热动力的发展现状11-13
• 1.2.2 燃机仿真13-15
• 1.2.3 蓄热器15-17
• 1.3 太阳能布雷顿热机发电系统17-23
• 1.3.1 系统工作原理18-19
• 1.3.2 系统其它部分介绍19-20
• 1.3.3 太阳能热动力的能量平衡原理20-21
• 1.3.4 布雷顿热机热力循环21-22
• 1.3.5 系统循环效率22-23
• 1.4 论文的研究内容23-25
• 第2章 布雷顿热机部件模型25-39
• 2.1 引言25
• 2.2 各部件数学模型25-29
• 2.2.1 压气机模块25-27
• 2.2.2 涡轮模块27-28
• 2.2.3 容积模块28
• 2.2.4 转子模块28-29
• 2.3 部件特性处理29-36
• 2.3.1 压气机特性处理30-33
• 2.3.2 涡轮机特性处理33-36
• 2.4 回热器36
• 2.5 工质物性处理36-38
• 2.5.1 空气的粘度37
• 2.5.2 空气的热导率37
• 2.5.3 空气的定压比热容37-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第3章 太阳能系统模型39-54
• 3.1 引言39
• 3.2 太阳辐射模型39-40
• 3.3 太阳能聚能器模型40-42
• 3.4 蓄热器模型42-53
• 3.4.1 蓄热器结构42-43
• 3.4.2 蓄热材料43-44
• 3.4.3 蓄热器模型44-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 发电系统性能仿真研究54-75
• 4.1 引言54
• 4.2 发电系统仿真54-62
• 4.2.1 换热管计算55-56
• 4.2.2 系统启动光强56-58
• 4.2.3 聚能器聚光面积58
• 4.2.4 设计点的校核分析58-59
• 4.2.5 发电系统动态仿真59-61
• 4.2.6 天气变化时系统动态仿真61-62
• 4.3 发电系统仿真研究62-74
• 4.3.1 聚能器聚光面积对系统影响63-67
• 4.3.2 换热面积对系统影响67-71
• 4.3.3 相变材料质量对系统影响71-74
• 4.4 本章小结74-75
• 结论75-76
• 参考文献76-81
• 致谢81

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