太阳能集风发电系统热气流流动特性的研究

【摘要】：目前，太阳能集风发电技术已被国际国内新能源利用相关的企业和科技人员所关注。本文通过研究太阳能集风发电系统内部能量转换，分析此系统比较适合我国西部地区人烟比较稀少、荒地比较宽广、山体高差巨大等条件。因此在我国西部地区太阳能集风发电系统有着很大的应用前景。在本文的研究中通过分析我国拉萨市太阳辐射情况，构建了简单的物理模型，并运用数值模拟的方法对系统进行了研究，分析了系统内部热气流流动特性，文章总结出了一些结论，为研究人员进一步对该系统的研究奠定了基础。 本文首先分析了我国西部地域吸收热量的状况得出我国西部地域是十分适合建造太阳能集风发电系统，研究了太阳能集风发电系统内部能量转换方式以及系统内影响热气流流动特性的因素，根据此种情况结合我国西部地区建立了简单合理的物理模型。 本文接着依据对流换热过程中三大控制方程，在一定的假定条件下，建立合理的太阳能集风发电系统的数值方程，并分析研究该系统数值方程的数值解法。 在对系统进行数值模拟时，本文用计算流体力学FLUENT软件，模拟了太阳能集风发电系统内热气流的流动，在数值模拟过程中通过太阳加载模型和DO辐射模型，逼真的模拟了太阳能辐射情形，得到了系统内部温度、压力、速度和迹线的分布规律。 最后在其他结构参数保持不变的条件下，改变集风塔与烟囱衔接处的连接形状，通过模拟内部热气流流动，发现热气流的流动速度有所增加，温度和压力的变化也比较平缓，由此总结出气体的速度、加速度、系统的能量损失与太阳能发电系统集风塔内腔曲面形状有关，为今后在这方面的研究提供了理论依据。 【关键词】：太阳能集风发电系统 西部地区 对流换热 数值模拟
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 前言10-21
• 1.1 全球能源问题10-12
• 1.1.1 当前世界和我国所面对的能源问题10-11
• 1.1.2 可再生能源11-12
• 1.2 太阳能集风发电系统的概述12-19
• 1.2.1 太阳能集风发电系统的工作原理12-13
• 1.2.2 太阳能集风发电技术的特点13-14
• 1.2.3 太阳能集风发电技术国内外发展现状14-19
• 1.3 课题的提出19-21
• 1.3.1 课题提出的背景19-20
• 1.3.2 本文的主要研究内容及其意义20-21
• 2 太阳能集风发电系统性能分析及其物理模型21-34
• 2.1 我国西部环境状况及其热量计算21-30
• 2.1.1 我国西部地区21-23
• 2.1.2 系统可吸收热量的研究23-28
• 2.1.3 系统内的能量转换28-30
• 2.2 热气流流动特性影响因素30-31
• 2.3 太阳能集风发电系统物理模型的建立31-33
• 2.3.1 结构参数31-32
• 2.3.2 物理模型32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 太阳能集风发电系统数值模型的研究34-52
• 3.1 热气流对流换热的数值模型及其解法34-44
• 3.1.1 热气流对流换热控制方程的数值解34-37
• 3.1.2 计算区域离散化37-38
• 3.1.3 控制方程离散化38-41
• 3.1.4 求解过程所用方法41-44
• 3.2 太阳能集风发电系统简单的数值模型44-51
• 3.2.1 太阳能集风发电系统中集风塔控制方程模型44-47
• 3.2.2 源项的处理47
• 3.2.3 集风塔区域离散化47-48
• 3.2.4 控制方程模型离散化48-51
• 3.3 太阳能集风发电系统的边界条件51
• 3.4 本章小结51-52
• 4 太阳能发电系统的数值模拟及其结果分析52-61
• 4.1 fluent 软件52-53
• 4.1.1 前处理器52
• 4.1.2 求解器52
• 4.1.3 后处理器52-53
• 4.2 求解过程所用主要模型53-54
• 4.2.1 浮升力模型53
• 4.2.2 太阳辐射模型53-54
• 4.2.3 Boussinesq 假设54
• 4.3 模型概况54-55
• 4.4 主要求解设置55-58
• 4.5 数值模拟及结果分析58-60
• 4.6 本章小结60-61
• 5 集风塔内腔曲面对热气流流动特性的影响61-65
• 5.1 改进后的模型61
• 5.2 数值模拟及结果分析61-63
• 5.3 本章小结63-65
• 6 总结与展望65-67
• 6.1 总结65
• 6.2 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间发表的学术论文目录72-73

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