太阳能真空管在太阳能热气流发电中的应用

【摘要】： 太阳能是一种取之不尽,用之不竭的新型可再生能源,而太阳能烟囱发电技术是一项综合应用温室效应技术、烟囱技术以及风力涡轮发电技术于一体的太阳能发电新技术,是实现大规模开发和利用太阳能的一种新的途径。太阳能烟囱系统的低效率以及由于太阳能烟囱过高而存在的工程安全性差和工程费用过高的问题是影响建造商业规模的太阳能烟囱电站的重要因素。太阳能烟囱系统中气流的速度场和温度场的分布对系统中的能量转换、涡轮转子的输出功率有很大的影响。 本文首先分析了利用全玻璃太阳能真空管能吸收太阳辐射并快速加热内部空气的特性,其次讨论在不同太阳辐射强度的情况下,空气在全玻璃太阳能真空管中被加热时温度、速度和压力的变化,再次讨论空气在不同情况下对太阳能烟囱的发电效率的影响。 介绍了太阳能烟囱热气流发电的原理、特点和主要的结构,分析了集热棚、烟囱、涡轮机和储热地面四个主要的组成部分,特别是对组成集热棚的全玻璃太阳能真空管进行了详细的描述和性能分析。 利用FLUENT计算,揭示了全玻璃太阳能真空集热管测试状态下的压力场、流场和温度场的分布规律,分析了全玻璃太阳能真空集热管压力场、流场和温度场的影响因素。根据太阳能真空集热管的物理模型和FLUENT的建模要求,建立了太阳能真空集热管的FLUENT计算的模型。根据太阳能真空集热管在空晒状态下的工作条件,设置FLUENT计算的边界条件,对不同辐射强度600 w/m~2、800 w/m~2、1000w/m~2和1200w/m~2下的压力场、流场和温度场进行计算,清楚地观察到太阳能真空集热管联箱的进口、出口和太阳能真空管顶部、中部和底部在各种工况下的压力场、流场和温度场分布不相同的情况。分析了模拟计算的结果,并对不同辐射强度下得出的速度、温度和压力结果做出对比。 本文中应用数值计算方法,在一定假设条件下,建立了适宜于太阳能烟囱系统中气流的数值计算模型。并利用建立的数值模型,采用通用商业CFD软件FLUENT对太阳能烟囱系统中速度场、温度场和压力场进行了数值模拟。在其它条件不变的情况下,分析了太阳能辐射强度对集热棚集热内的空气温度、压力和速度的影响,并对结果进行对比,得出太阳能辐射强度和进出口温差对太阳能烟囱热气流发电效率的影响,为将来建造小型的实验场提供模拟理论数据。 【关键词】：全玻璃太阳能真空管 太阳能烟囱 数值模拟 系统效率
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 主要符号表10-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题研究及意背景义11-12
• 1.2 国内外的研究现状12-16
• 1.2.1 国外的研究发展12-14
• 1.2.2 国内的研究发展14-16
• 1.3 FLUENT的简介16-18
• 1.3.1 程序的结构16-17
• 1.3.2 FLUENT程序可以解决的问题17
• 1.3.3 用 FLUENT程序求解问题的步骤17-18
• 1.4 FLUENT求解方法18-19
• 1.5 本课题研究的内容19-20
• 第二章 太阳能热气流发电工作原理、结构和特点20-28
• 2.1 太阳能热气流发电的工作原理20-21
• 2.2 太阳能热气流发电的结构和作用21-28
• 2.2.1 太阳能热气流发电的烟囱21-22
• 2.2.2 太阳能热气流发电的集热棚22-25
• 2.2.3 太阳能热气流发电的涡轮机25-26
• 2.2.4 太阳能热气流发电中的储热装置26-28
• 第三章 全玻璃太阳能真空集热管的模拟28-44
• 3.1 FLUENT下计算模型28-30
• 3.1.1 FLUENT计算模型28-30
• 3.2 空晒状态下流场和温度场 FLUENT计算30-33
• 3.2.1 定义计算模型30-33
• 3.2.2 建立实体模型和划分网格33
• 3.3 边界条件的设定33-35
• 3.4 结果分析和讨论35-43
• 3.4.1 太阳能真空管温度的分析35-38
• 3.4.2 太阳能真空管压力的分析38-40
• 3.4.3 太阳能真空管速度的分析40-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 太阳能热气流烟囱发电的 CFD模拟44-61
• 4.1 实物模型化44
• 4.2 数学模型44-47
• 4.2.1 湍流数学模型45
• 4.2.2 连续性方程45-47
• 4.3 边界条件47-48
• 4.4 FLUENT的使用48-60
• 4.4.1 网格生成48-49
• 4.4.2 FLUENT软件的部分设置49-51
• 4.4.3 模拟计算过程及模拟结果51-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 总结与展望61-62
• 5.1 工作总结61
• 5.1.1 全玻璃太阳能真空管的模拟分析总结61
• 5.1.2 太阳能热气流发电系统的模拟分析总结61
• 5.2 研究展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 学位论文评阅及答辩情况表67

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