基于集热影响系数d的太阳能烟囱集热效率分析

针对呼和浩特地区太阳辐照资源,以太阳能烟囱为研究对象,在呼和浩特地区应用太阳能烟囱进行可行性分析。太阳能烟囱在定集热棚半径定壁温条件下,对不同集热棚倾角进行数值模拟计算,引入集热影响系数d,对集热棚内流场努赛尔数(Nu)进行分析,比较不同倾角下温度场、压力场、速度场、集热效率。研究表明,集热棚集热影响系数d存在最大值,在不同集热棚倾角下,集热棚内温度场、压力场、速度场变化较大,集热效率存在最大值。认为在定集热棚半径条件下,集热棚倾角选取10°作为呼和浩特地区太阳能烟囱集热棚倾角更经济适合。修正了以往国内外太阳能烟囱集热棚倾角的选取方法。     

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。     

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。     

太阳能烟囱发电新技术

介绍了一种太阳能烟囱发电新技术。太阳光辐射透过太阳能集热棚，加热集热棚下面的地面，被加热的地面与集热棚内的空气进行热量交换，使其温度上升，被加热的空气上升并进入与集热棚中部相连的烟囱，在烟囱内上升气流推动涡轮发电机旋转、发电。整个太阳能烟囱发电技术的能量转化以及效率可以从三个部分来分析：通过集热棚太阳能转化为空气热能，通过烟囱将热能转化为动能，通过涡轮发电机将动能转化为电能。另外，总结了太阳能烟囱发电技术的优缺点，指出它是一种适合于我国西部地区的一种能源开发新途径。     

基于当地纬度倾角太阳能集热棚集热特性分析

选取太阳能烟囱集热棚集热特性为研究对象,采用40°作为太阳能烟囱集热棚倾角进行实验测试,对集热棚内蓄热层在该倾角下不同太阳总辐照度(GHI)的最高温度,温度场均匀性,蓄热层壁面Nu展开分析。结果表明,随着GHI的增大,蓄热层最高温度及温度场均匀性变化趋势不同。对湍流强制对流传热的准则间关联式进行拟合,利用最小二乘法得出在Re为1.3×10~4~3.0×10~5、Pr为0.694~0.703范围之间,基于当地纬度集热棚倾角湍流强制对流传热准则间关联式,耦合系数为0.9261。     

太阳能热气流发电系统仿真与实验研究

太阳能热气流发电系统是一种新型的可再生能源发电系统。文章利用COMSOL Multiphysics软件构建了该系统的CFD模型,并对该系统中集热棚和烟囱内的温度和压强,以及烟囱内浮升气流的风速变化情况进行了模拟研究。同时,利用搭建的太阳能热气流实验装置测量了集热棚内气流温度和烟囱内风速,并将实验结果与仿真结果进行对比分析。分析结果表明,集热棚内气流温度和烟囱内风速实测值的变化趋势与仿真结果基本一致,集热棚内气流温度实测值的平均值与仿真值平均值之间的相对偏差为2.9%,烟囱内风速仿真值与实测值之间绝对偏差的平均值以及标准差分别为1.21 m/s,0.4。     

不同蓄热方式下太阳能烟囱的温升性能

针对太阳能烟囱的不同应用背景,设计不同蓄热方式的实验系统,考察太阳能烟囱内部的温度分布及温升性能.实验结果表明,密闭水体的蓄热方式的温升最大,由于水分蒸发消耗了部分太阳热量,开放水体系统的温升效果最差,多孔材料的加人使集热后的空气温度进一步降低;非蒸发体系中的空气温度沿着主体流动方向存在最大值,蒸发体系中的空气温度分布总体呈上升趋势,但具体变化会因水分蒸发的强弱而不同.温度分布的结果表明为了避免出现集热棚下的热量散失段,需要对太阳能烟囱的结构参数进行优化设计.     

荒漠中的发电站——太阳能烟囱发电站

一前言 太阳能烟囱发电技术是通过集热棚吸取太阳热能使棚内空气温度升高,根据烟囱的原理,在烟囱内将形成强大的气流,利用这股气流形成的风力驱动风机,带动发电机发电。太阳能烟囱发电系统主要由透光的采光大棚、烟囱及风力涡轮机构成,如图1所示。     

太阳能烟囱发电装置的CFD模拟

用Fluent软件对太阳能烟囱发电装置内的气流进行了数值模拟，获得了太阳能烟囱发电装置内气流流速、温度等分布，并将温度场模拟计算值和试验检测值进行了比较。结果表明：气流在集热棚中从四周向中部汇流是一个加速的过程；从地面到烟囱，随着高度的增加温度呈递减分布。温度分布模拟与试验检测结果的规律基本相似。但由于进行了稳态假设，也存在一定差别。数值模拟结果以集热棚中心呈对称分布。然而，由于集热棚南部接收的太阳辐射大于北部，在试验检测中南边的温度明显高于北边的温度，温度的峰值向南边偏移，呈不对称分布。     

隧道式烟囱太阳热风发电系统

太阳热风发电系统的基本原理如图1所示，由3个主要部件构成：底部为太阳能空气加热器（集热棚），中间为太阳能烟囱，烟囱底部布置风力发电机组。太阳辐射加热玻璃屋顶下温室内的空气，致使热空气源源不断流向位于温室中央的太阳能烟囱；烟囱两端空气的温差和压差导致空气沿太阳能烟囱上升产生动能，在烟囱内安装风力透平发电机，产生电能，风最后从烟囱顶部排入大气。其能量流向为太阳光能先变成空气的热能，再转变为风的动能，再转变为风力透平的动能，最后得到电能。     

非均匀多孔太阳能新风预热墙热性能实验研究

该新风预热墙是一种兼顾供暖和新风预热需求的太阳能墙体,由渗透型集热板、空气夹层、出风口、保温墙体等组成。通过人工气候室实验测试的方法,分析该太阳能墙系统在不同太阳辐射强度、开孔高度和集热板高度比例、抽吸速度以及渗透孔径等工况下各运行阶段集热板、出风口等热性能。结果表明:随着太阳辐射强度、开孔高度和集热板高度比例的增加,系统的热效率和新风温度显著提升,集热效率最高达到75%,最高温升约为15.0℃;并根据风温和风量需求,给出合理的风机抽吸速度和渗透孔径取值,可为太阳能墙体的实际应用提供依据。     

简化CPC式全真空玻璃集热管太阳能高温空气集热器的传热模型研究

对一种新型简化CPC(非追踪式复合抛物线聚光板)式全真空玻璃集热管太阳能高温空气集热系统的传热过程进行了理论分析和数值模拟计算,通过实验数据对该传热模型进行了验证分析。该系统由多个集热单元组成,每个集热单元包括一个简化CPC集热板,一根全真空玻璃集热管,在玻璃集热管内安装一个U形铜管。流动空气在各级U形铜管内被逐级加热。计算研究表明:系统空气最大出口温度可达到200℃,系统平均集热效率达到0.3以上,整个系统表现了良好的高温集热特性。同时,计算也表明当系统工质流量增加时,只要系统增加更多的集热管以增加系统总功率即可满足工质温度达到200℃的设计要求。研究提出的新型简化CPC式全真空玻璃集热管太阳能高温空气集热系统是一种有工业实用前途的太阳能集热器;研究提出的传热模型模拟效果也可以满足一般性工程计算需求。     

双斜向内肋对强化立式太阳能热气流电站的流动传热特性研究

为了加强立式太阳能热气流电站系统的传热,将矩形双斜向内肋对成对地布置在竖直烟囱通道的集热板上。通过数值计算,空气在流经肋对时温度梯度增大,换热增强。与原系统相比,加入双斜向内肋对后,气流的进出口温差增加21%,进出口速度差提高133%。进一步对双斜向内肋对的布置,包括肋对数和肋倾角进行研究,得到适合于本系统的内肋对的最佳设置为肋对数为2对、肋倾角为45°,此布置下气流的进出口温差增加8%,进出口速度差提高200%。利用场协同原理对结果进行分析验证,证明双斜向内肋对可以有效地减小速度矢量与温度梯度的夹角,增强系统换热。     

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。     

太阳能烟囱强化自然通风实验研究

实验探讨了高2000mm,长1000mm的竖直集热板屋顶式太阳能烟囱模型,在改变宽度及热流密度的情况下,研究其诱导的空气量及内部空间气流温度场和速度场的变化.结果表明,在研究范围内自然通风量随烟囱宽度、热流密度的增加而增大,气流速度随热流密度的增加而增大,随烟囱宽度的增加而降低.气流温度及速度在烟囱热壁近壁面处高于其在远离壁面处,在热壁近壁处形成了温度和速度边界层.     

双风道太阳墙内流动传热数值模拟分析

太阳墙的供暖效果与自身的太阳能利用效率紧密相关。为了提升太阳墙的太阳能利用效率,文章提出一种双风道太阳墙。利用CFD软件对不同风量下单、双风道太阳墙内空气的换热特性进行数值模拟,并给出了当太阳辐照度为311 W/m~2时,双风道进、出口温度差与太阳能利用效率的关系曲线。研究结果表明:随着风量的增加,太阳墙的太阳能利用效率逐渐升高,集热板温度逐渐降低,空气与集热板之间的对流换热系数逐渐升高;与单风道太阳墙相比,双风道太阳墙的瞬时集热效率显著升高,最高可达14.12%。     

利用同心套管的简化CPC式中高温真空管太阳能集热系统设计与实验研究

通过实验研究了一种利用简化复合抛物面聚光器(compound parabolic concentrato,CPC),全玻璃真空集热管和同心套管组成的太阳能中高温空气集热设备,可以满足工业过程对150℃至200℃的中高温度空气需求。该太阳能空气集热系统由8级集热单元串联而成。各单元都包括一个简化式CPC、一个双层玻璃真空管和一根铜套管。套管被安装在玻璃管内,空气在套管内逐级加热。对各种天气条件和流动参数对集热系统出口空气温度、系统功率和集热效率的影响进行了分析和试验研究。结果表明,整个系统具有良好的中高温集热性能。即使出口空气温度达到210℃,系统平均集热效率仍然达到20%;秋天晴天系统出口空气温度可达210℃,秋季阴雨天也可达168℃。试验结果确认这种简化CPC式全真空玻璃集热管和套管的组合装置是一种有工业实用前途的太阳能高温空气集热器。     

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。     

逆流开式发生器内部的热、质传递规律

针对以太阳能加热的空气为携热介质，以LiBr溶液为工作介质的填料塔型开式发生器，建立热质传递数学模型。对2种系统结构形式进行比较，并分别研究太阳能集热板温度、液气比、环境相对湿度以及填料层高度对溶液再生的影响，以揭示此类发生器内热、质传递的规律，为产品开发、设计提供理论帮助。     

一种主、被动结合的太阳能空气采暖模拟研究

主、被动结合的太阳能双效集热器空气采暖系统,可同时解决南向房间和北向房间的供暖问题。借助TRNSYS仿真平台,编写双效集热器的嵌入模块,对应用在太阳能示范建筑上的主、被动式双效集热器空气采暖进行模拟研究。模拟结果显示在合肥地区,木质结构的示范房只需白天供暖情况下,整个采暖期的太阳能保证率为38%,而同样条件下在拉萨和上海地区,太阳能保证率分别达到77%和58%;若示范建筑采用有蓄热能力的混凝土砖墙结构,在拉萨地区全天供暖条件下太阳能保证率达到64%;晴朗天气,南向房间和北向房间白天均可达到20℃舒适性温度。同时讨论集热器倾角、出口温度、集热面积等对主动式空气采暖太阳能保证率的影响。