太阳能热气流发电系统中涡轮机的研究

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1、2010年第2期节能ENERGYCONSERVATION(总第331期)太阳能热气流发电系统中涡轮机的研究陈义胜，杨靖辉。魏毅力，杨燕。崔世君(内蒙古科技大学能源与环境学院，内蒙古包头014010)摘要：涡轮机对提高整个太阳能电站的效率有着极为重要的作用。针对不同叶片数的涡轮进行研究，利用风速和拟定台数计算出涡轮尺寸，以功率系数作为验证标准。选出每种叶片数对应的最佳工况，再综合比较不同工况之间的优劣，从而选出对应于太阳能塔囱电站最实用的涡轮机。提出一套计算太阳能涡轮的计算方法，解决太阳能电站中涡轮机的设计

2、问题。对不同叶尖速比涡轮机进行比较，以提高这种太阳能电站的整体效率，使其具有更高的优越性，从而加速太阳能电站的推广和使用。关键词：太阳能；涡轮机；叶片；叶尖速比中图分类号：TK514文献标识码：A文章编号：1004—7948(2010)02—0039—04阳能既是近期急需的补充能源，又是未来能源结构引言的基础。太阳能热气流发电技术具有设备简单、运世界能源储量最多是太阳能，在再生能源中占行费用低、良好的环境效应等优点，其将成为人类99．44％。太阳每15min到达地球表面的辐射能量解决能源问题的重要手段之一

3、。太阳能热气流发就能满足全世界1年的电力需求J，“清洁”的太电系统(塔囱太阳能发电系统)主体如图1所示。原理简图与涡轮机位置如图2所示。在太阳能发电站系统的设备中，涡轮机是接收基金项目：2009年内蒙自治区科技创新引导奖励资金项目来自集热棚的气流，并利用气流的动能推动涡轮机据及操作性方面的优势，会使得这一模型有更好的与规范中推荐的方法计算比较，：=×应用前景。100％=3．88％。参考文献由于地下环境复杂多变，就是同一地区也存在[1]柳晓雷，王德林，方肇洪．垂直埋管地源热泵的圆柱面差异，所以其地质勘探资料

4、只能作为一种参考，工传热模型及简化计算[J]．山东建筑工程学院学报，程实际应该以实地试验数据为准；本计算方法与规2001，16(1)：21—24．[2]天津大学，同济大学，等．传热学[M]．北京：中国建筑范中使用的岩土热响应试验中某些数据相比较，有工业出版社，1980．很好的一致性，且其误差在工程实际上是可以接受[3]章熙民，任泽霈．传热学[M]．北京：中国建筑工业出版的。社，2005．4结论[4]大庆油田地质勘察院．大庆油田第七采油厂地质勘查察报告[R]，2003．介绍了一种可以应用于工程实际的岩土热响

5、[5]GB50366-2005，地源热泵系统工程技术规范[s]．北应的方法，以半无限大介质中常热流边界条件下非京：中国建筑工业出版社，2005．稳态传热方法模拟计算地埋管换热器的传热过程。[6]刁乃仁，方肇洪．地埋管地源热泵技术[M]．北京：高等将本文的计算方法与规范中推荐使用的计算教育出版社，2006．方法应用于同一实验进行比较，发现两者最后得出作者简介：付作勇(1982一)，男，山东德州人，在读硕士，研结果精度相差不大，对于精度要求不高的工程实际究方向：地源热泵地埋换热器。应用，其误差可以接受。该简化

6、计算模型在需测数收稿日期：2009—11—12；修回日期：2009—12—17节能2010年第2期·——40-——ENERGYC0NSERVATION(总第331期)率和流速。经典的动量理论定义了一个通过桨叶平面的理想流管，v。、v、v分别表示来流风速、通过涡轮叶片平面的气流风速、叶平面后部尾流内的风速。考虑风力机轴向的动量变化，可得涡轮叶片平面上产生的推力为：T=，，z(Vl—V2)=puA(VJ—v2)(1)式中：一空气质量流量，m=pvA，其中p一空气流密度，A一涡轮叶片平面的面积，l，一涡轮叶片图

7、1太阳能热气流发电系统效果图平面气流流速；v～涡轮前的气流流速；"v2～涡轮后的气流流速。应用伯努利方程可以得到：：，所以：=-~pA(v。2～)。(2)1．2贝兹理论经过分析，用于太阳能发电的涡轮机与风机有着某种共性，这可以从文献分析得出。通过引用该理论，可以分析涡轮机最大的效率可由下述得出：图2塔囱太阳能发电原理简图叶片，使涡轮转动而输出功。本文对叶片数为2、vV：—～(L3j)J3、5、8的涡轮机进行计算，针对每种叶片数计算出=1F(vl一v2)(4)的多种工况进行比较分析，然后选出各叶片数对应的最

8、佳工况后，再综合比较不同叶片数之间的优p=F(V)(V。+v2)(5)劣，从而选出对应于100kW太阳能塔囱电站最实用的涡轮机。提出一套计算太阳能涡轮的计算方式中：一作用于涡轮上的力；涡轮截面的法。面积；p一涡轮输出的功率。对太阳能热气流电站的涡轮机进行优化研究，令=知F(V2—2V一3v22)：0，可得：V提高其系统效率，则太阳能大规模应用将具有较高的优越性。：。可以求得理想的最大功率为：1基础理论=。(6)Gannon和V