太阳能烟囱发电系统非稳态传热问题及性能分析

建立了包含蓄热层的太阳能烟囱发电系统非稳态传热数学模型,研究了集热系统特性和蓄热层的增温效应,结果表明:蓄热层表面温度、气流温度、集热棚板温度相互影响,随时间有较大波动;气流温升主要发生在气流入口至集热棚半径1/3处,蓄热层表面温度沿径向逐渐升高,在集热棚出口段有明显下降;集热棚板、蓄热层底部及四周是系统热量损失的主要地方;系统运行非稳定期,在没有太阳辐射时,深层蓄热层不参与向气流放热过程,而是继续从浅层蓄热层吸热,浅层蓄热层贮存的热量并不全向气流传递。系统运行平稳期,蓄热层底层的温度趋于定值;理论发电功率的变化趋势与气流温度随时间变化趋势一致。     

烟囱阴影下风力增压式太阳能烟囱电站性能探究

文章以西班牙太阳能烟囱电站为原型,采用太阳射线追踪法加载太阳辐射,对太阳能烟囱电站和风力增压型太阳能烟囱电站进行三维数值模拟,探讨烟囱阴影下系统的流场特性和太阳入射角度对系统性能的影响。研究结果表明:烟囱阴影区蓄热层表面、集热棚表面温度突降,导致热气流与蓄热层表面、集热棚表面进行对流换热,造成热量损失;随着太阳入射角增加,系统轴功率和集热棚效率均明显下降;风力增压装置形成的出口负压可以削弱阴影所造成的气流掺混等不利影响,因而风力增压型太阳能烟囱电站涡轮机轴功率的变化幅度相对常规太阳能烟囱电站较为平缓。     

定面积集热棚倾角对集热效率影响的数值模拟研究

文章应用计算流体力学方法对呼和浩特地区太阳能烟囱在固定集热棚面积下不同集热棚倾角的棚内空气流动情况进行了数值模拟。由模拟结果可知:在集热棚倾角为0~70°时,空气温度、压力、速度以及集热棚效率曲线有明显变化;在集热棚面积固定条件下,随着集热棚倾角的变化集热棚效率存在较为理想的值,并在达到峰值后持续降低。     

烟囱阴影对风力增压太阳能烟囱电站性能的影响:基于西班牙原型电站规模的数值案例研究

为研究烟囱阴影效应,本文采用太阳射线追踪算法对基于西班牙原型电站规模的太阳能烟囱电站(SCPP)和风力增压型太阳能烟囱电站(WSSCPP)进行了三维数值模拟.烟囱阴影区面积随着太阳光线入射角的增加而增加,本文研究了入射角从0°变化到30°下系统的温度和速度分布;还研究了在几个SCPP综合系统中的烟囱阴影效应.结果表明:...     

集热棚高度对太阳能热气流发电性能的影响

以内蒙古乌海金沙湾太阳能烟囱热气流发电站为研究对象,应用ANSYS-Fluent软件对电站系统进行了稳态数值计算,模拟不同集热棚高度下系统内部流场和压力场的分布规律。模拟结果的对比分析显示,对该电站而言,集热棚高度以6⁸ m为宜。     

太阳能热气流发电流道优化分析

以西班牙太阳能热气流电站为原型进行数值模拟,得出了太阳能烟囱内的速度场、压力场和温度场分布;研究了集热棚坡度、分流板高度和弧度等因素对系统发电性能及涡轮机位置的影响。研究结果表明:集热棚坡度增加时,烟囱的抽吸作用增强,空气流速增加,有利于提高太阳能热气流发电的输出功率;当集热棚坡度约为0.5°时,其作用最为明显,对于提高系统发电性能最为有利;增加分流板有利于气流发电站的优化,当分流板高度略微高于集热棚高度时,优化效果较好;分流板弧度越小,越有利于系统的优化;集热棚坡度对涡轮机位置有影响,改变分流板的几何因素对涡轮机位置没有影响。     

太阳能烟囱发电站模型的分析与研究

介绍了太阳能烟囱发电站的工作原理，并在给定参数下对太阳能烟囱的主要设计参数进行了计算，得到了太阳能烟囱内气流速度的最大值。通过数值计算对太阳能烟囱内的速度场进行了模拟，并与计算结果进行了比较，讨论了影响太阳能电站发电功率的主要因素，分析了将太阳能烟囱建设在山坡上的可行性。     

不同辐射模型对太阳能烟囱数值模拟影响研究

以太阳能烟囱发电（SCPP）系统为研究对象,比较定热流密度、离散纵坐标（DO）辐射模型、表面对表面（S2S）辐射模型对SCPP温度、速度等性能模拟结果,将3种模型模拟结果与试验数据对比,选择更合适的辐射模型应用于SCPP数值模拟。结果表明,S2S辐射模型集热棚出口流体最大速度比定热流密度和DO辐射模型分别高0.13、0.36 m/s;S2S辐射模型沿烟囱入口流体最大湍流黏度比定热流密度和DO辐射模型分别高16.87%、8.44%;定热流密度、DO辐射模型、S2S辐射模型沿集热棚半径流体温度与试验结果的误差分别为3.09%、0.98%、10.14%。DO辐射模型更适合SCPP系统的数值模拟计算。     

辅助加热气体焓值与太阳能热气流发电系统烟囱特性的数值模拟

针对辅助加热太阳能热气流发电系统,采用数值模拟的方法对辅助加热烟囱特性进行了数值模拟,研究了辅助加热气体的焓值变化对烟囱速度场分布的影响。研究表明,辅助加热气体的焓值在6×104~8×104 k J/s内变化时,烟囱底部的气流速度比无辅助加热增大了60%~73%,提高了烟囱的抽吸能力,而且辅助加热气体的焓值有一个最优区间,可使烟囱底部动能的增加达到一个最优值。     

太阳能烟囱发电系统的性能研究

采用通用商业CFD软件ANSYS Fluent 13.0对太阳能烟囱发电系统进行数值模拟,获得太阳能烟囱发电系统的空气流速分布。结果表明:在其他条件不变的情况下,集热棚周边高度对系统的发电功率几乎没有影响;太阳能烟囱发电系统的烟囱直径存在最佳值,使太阳能烟囱发电系统的输出功率最大;集热棚斜度也存在最佳值,使系统输出发电功率最大。     

太阳能热气流发电系统的传热与流动数值分析

建立了集热棚、烟囱以及多孔蓄热层的太阳能热气流发电系统传热与流动数学模型,分析了太阳辐射对蓄热介质的蓄热特性的影响.计算结果表明,在太阳辐射为200～800W/M2的范围内,随着太阳辐射的增强,蓄热介质的蓄热比例先减小后增大;烟囱底部的最小相对压力显著减小,流动速度增大;系统内空气的温升增大,蓄热介质表面的温度也显著升高.     

一种新型的太阳能发电技术

对迄今为止有关太阳能热气流发电技术的研究成果进行了全面的综述,其中包括作者在该领域的最新研究进展：太阳能热气流发电系统的热力学循环,HAG效应,带有蓄热层的系统以及带有透平的系统耦合数值模拟等,并对下一步的研究工作进行了展望。     

一种新型的太阳能热气流发电系统

提出了一种螺旋集热型太阳能热气流发电系统,建立了该系统的流动与传热特性数学模型.数值模拟结果表明,与西班牙太阳能热气流试验电站相比,在烟囱出口流动与传热特性参数及输出功率相同情况下,螺旋集热型太阳能热气流的集热棚半径减少了25%,占地面积减少了44%,具有较明显的经济性和商业优势.     

含相变微粒流体层蓄热过程的传热机理研究

对含有相变微粒并且水平放置的流体层,在底部加热和周围绝热保温条件下的蓄热传热机理进行了理论分析研究,与无相变颗粒流体的蓄热过程进行了对比数值模拟。结果表明：对较薄的蓄热流体层,含相变微粒流体的蓄热完成时间短于无相变颗粒流体,随着液层厚度的增加这种差别减小。同时对液体层内不同高度下平均温度的分布和变化过程进行了分析研究。     

具有Na_2CO_3·10H_2O相变材料的太阳能混合墙体的烟囱效应

通过利用配有调压器的电热设备模拟太阳光源,对附有1 cm厚的Na2CO3·10H2O相变材料的太阳能混合墙体烟囱效应进行实验研究,讨论并分析在Na2CO3·10H2O蓄热效应作用下,光照强度对蓄热层两侧温度场、烟囱通道内温度场、速度场分布情况的影响及其对烟囱所诱导的自然通风量和空气得热量的影响。实验结果表明,蓄热层的平均温度随时间一直升高,但两侧的温差随时间的增加不断减小,随电压的升高而不断增大;通道内空气温度、平均风速以及自然通风量均在加热开始后大约1 h内升高到某一值继而趋于稳定,且电压越大,其值越大;通道内空气得热量增量在加热开始的1 h内先急剧上升后急剧下降,最终稳定在零附近,且电压越大,得热量增量的峰值越大。蓄热层的作用使整个系统处于相对较低的温度,并且烟囱排风温度下降,空气得热量减少,有利于节能,蓄积的热量可作为没有光照时烟囱效应的动力。     

太阳能烟囱综合利用海水系统的初步研究

针对目前太阳能海水淡化技术和太阳能烟囱发电技术在经济或技术上存在的问题,提出了太阳能烟囱综合利用海水系统,在利用太阳能烟囱进行海水淡化的同时,以制取的淡水进行水力发电。首先以天津汉沽地区的气象数据对综合系统的性能进行了初步估算;其次建立并优化小型实验系统,获取不同冷凝方式的实验结果。通过实验与理论估算结果的对比来分析该综合系统的理论和经济可行性。理论和实验研究结果表明:采用间壁冷凝换热方式,所提出的综合设计方案具有可行性,并同时推动太阳能烟囱技术和海水淡化技术的发展。     

风向对屋顶烟囱排放污染物扩散特性的影响研究

在不利气象条件下建筑屋顶烟囱排放污染物对近地面空气质量影响较大,因此对其扩散特性进行评估至关重要。采用数值模拟方法,研究不同风向（风向角α=0°～180°）下,下台阶建筑屋顶烟囱排放污染物扩散分布特性;采用商业软件FLUENT对基于standard k-ε湍流模型的数值模型进行求解。结果表明：烟囱排放污染物对近地面空气质量的影响受风向角影响较大,这会导致建筑背风面上污染物浓度分布不一致,尤其是α=0°时,对建筑壁面以及街谷内的行人呼吸高度处影响最大。     

风压对太阳能热风发电系统的影响分析

根据太阳能热风发电系统的工作特征,以内蒙古乌海金沙沙漠太阳能热风发电系统为模型,模拟计算了不同形式的太阳能热风发电系统;对比不同系统内的气流分布,研究讨论了风压对气流流动和气流速度大小的影响。模拟结果表明:半圆形集热棚系统更具优势,其利用率较高,塔囱底部的平均气流速度可达24.38 m/s。该研究分析为乌海金沙沙漠太阳能热风发电站的建设提供了技术指导。     

熔融盐斜温层蓄热的热特性研究

对熔融盐高温斜温层蓄热过程进行较深入的理论与实验研究,建立熔融盐单相流体斜温层蓄热的瞬态热分析模型,模型考虑熔融盐的变物性。利用Fluent软件,通过求解N-S方程与能量方程,对熔融盐单相流体斜温层蓄热罐在各工况条件下的传热蓄热过程进行数值模拟。研究时间进程、初始条件以及结构尺寸等对蓄热性能的影响。结果表明:斜温层的厚度随时间的推移而增加,达到一定厚度后增加量趋缓;流体进口流速、长径比等是影响有效蓄热容量的主要因素,当进口速度为0.001m/s级、长径比为2∶1时,将减少斜温层厚度。     

90°弯管内二次流(迪恩涡)的数值模拟

弯管广泛地存在于工业应用的多个领域中,为研究弯管内速度场和压力场的分布,采用CFD技术对不同流态下圆形截面90°弯管内的二次流(迪恩涡)进行了数值模拟。模拟过程采用有限体积法进行空间离散,并利用带旋流修正的k-ε模型进行计算。模拟结果表明:层流状态下沿流动方向截面上的峰值速度和峰值全压变化较小,涡核位于半截面中心;当流体处于过渡区时,流动方向截面上的峰值全压呈递减趋势,峰值速度在0～60°截面上递减,在90°截面上突增,并且涡核开始出现"外扩";完全湍流区时,流动方向截面上的峰值全压显著递减,涡核位置明显"外扩"。