100MW级太阳能热气流发电系统的热力学分析及数值模拟

【摘要】： 能源是人类社会发展的重要基础资源,是现代化生产的主要动力来源。持续的国际油价持续增长和日益突出的环境污染等问题迫切需要人类寻求可再生能源。太阳能是可再生能源,而太阳能热气流发电技术是大规模的利用太阳能和运用烟囱效应、风力透平发电技术进行发电的一种新的太阳能发电技术,该技术具有清洁、发电成本低和结构简单等优点。 本文通过对国内某规划建设中的100MW级太阳能热气流发电站系统内流动与传热过程的热力学分析,并对太阳能热气流发电系统建立物理数学模型、几何建模和划分网格,设置其边界条件,最后利用SIMPLE算法对集热棚和导流烟囱内气流的速度场、压力场和温度场分布进行数值模拟,得到不同太阳辐射强度下系统内热空气流量、导流烟囱产生的最大驱动压差、透平功率以及发电站系统的热效率。 模拟结果显示:太阳能热气流发电站系统的集热棚进、出口平均速度、系统内热空气的质量流量、导流烟囱产生的最大驱动压差、透平功率和发电站系统的热效率均随太阳辐射强度的增加而增加。综合考虑流动阻力、透平绝热效率后,1000m高烟囱发电系统的实际效率在0.2~0.8%之间,这对以后设计和建设大规模的太阳能热气流发电站系统具有参考意义。 此外还进行了小型热气流发电系统的验证性实验研究。在加热热流密度187.5W/m2的情况下,系统烟囱出口具有较稳定速度和温度空气流流出,该系统产生了一定的驱动压力差,从而证实了利用大尺寸太阳能热气流发电站系统来产生足够大的驱动压力差推动透平机组发电的方法是可行的。 【关键词】：太阳能热气流发电 数值模拟 SIMPLE算法
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK124;TK514
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-25
• 1.1 研究背景9-12
• 1.2 太阳能热发电技术的发展历程及主要形式12-17
• 1.3 太阳能热气流发电站的国内外研究综述17-23
• 1.4 本文主要工作内容23-25
• 2 太阳能热气流发电系统的能量转换分析25-36
• 2.1 概述25
• 2.2 太阳能热气流发电系统的能量转换过程25-30
• 2.3 太阳能热气流发电系统的HAG 效应30-34
• 2.4 系统实际运行参数34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 太阳能热气流传热与流动的数值计算理论与模型36-50
• 3.1 概述36
• 3.2 数值传热学理论36-46
• 3.3 太阳能热气流发电系统模型46-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 太阳能热气流传热与流动的数值模拟结果与分析50-67
• 4.1 数值模拟结果50-63
• 4.2 数值模拟结果分析63-66
• 4.3 数值模拟结论66
• 4.4 本章小结66-67
• 5 小型太阳能热气流发电系统模型实验研究67-77
• 5.1 实验概述67
• 5.2 实验装置67-72
• 5.3 实验测点布置72-73
• 5.4 实验结果与分析73-76
• 5.5 本章小结76-77
• 6 总结和展望77-79
• 6.1 总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84

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