太阳能烟囱发电系统集热器的传热与流动过程的分析

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1、太阳能烟囱发电系统集热器的传热与流动过程的研究摘要随着社会的发展，人类社会对可再生清洁能源的需求越来越高，太阳能烟囱发电技术本身所具有的设备简单、投资费用低、良好的环境效应等优点将使其成为人类解决能源问题的重要手段之一。但到目前为止，除了Schlaich教授于1982年在西班牙马德里南部附近沙漠地区建造的世界上第一座太阳能烟囱实验性发电站外，还没有建造一座商业运行的太阳能烟囱发电站。这主要是因为太阳能烟囱发电系统的能量转换效率偏低。本课题即由此着手，将理论分析和数值模拟相结合，对太阳能烟囱发电系统的集热器做了较为全面的研究。本论文从回顾太阳能烟囱发电技术的背景、起源、进展和既存

2、问题入手，归纳其特点对其可行性和发电原理进行了阐述。在太阳能烟囱发电系统中，集热棚是影响其发电效率的关键部件之一。为了提高太阳能烟囱发电系统的发电效率，建立了适合于太阳能烟囱系统的数值模型，从理论上模拟计算了集热棚内部的集热效率，得出了集热棚吸热效率的分布曲线。针对集热效率低的部位采取相应的改进措施，以提高太阳能烟囱发电系统的整体效率。我们对热力系统进行能量分析时，希望通过对能量形态的变化过程分析，定量计算能量有效利用及损失等情况，弄清造成损失的部位和原因，以便提出改进措施。因此，本文建立了太阳能烟囱发电系统(火用)效率模型，对集热器内的(火用)进行了分析，得出(火用)损失最大

3、的部位。并对不同规模的太阳能烟囱发电系统进行了计算验证。在理论分析的基础上，建立了太阳能烟囱集热器内的质量、动量及能量等方程在内的控制方程组，应用FLUENT对太阳能烟囱集热棚中的气流进行数值模拟；得到了棚内的温度场和速度场，并提出了改进模型，同时对其进行了数值模拟。将模拟结果与未优化之前的进行了比较分析，得出最优的改进方案。关键词：太阳能烟囱发电，集热效率，(火用)效率，数值模拟太阳能烟囱发电系统集热器的传热与流动过程的研究ABSTRACTSTUDYoFHEATTRANSFERANDFLOWPROCESSToSoLARCHIMNEYPOWERPLANTCoLLECToRSAB

4、STRACTWiththedevelopmentofsociety。renewablecleanenergyaredemandedmoreandmore．solarchimneytechnologymaybecansolvetheenergyproblem，becauseitisasimpleequipmentanditsiIli6alcostislow，andgoodenvironmenteffect．Butsofar，thereisnoasolarchimneypowerplanttocommercialoperation，exceptthefirstsolarchimne

5、ypowerplantinManzanaresinSpainnearsoutherndesertareasbySchlaichprofessorinl982．ThereasonisthatenergyconversionefficiencyofthesolarchimneypowerplantistoolOW．Theauthorresearchedthecollectorofthesolarchimneypowerplant，combiningtheoreticalanalysisandnumericalsimulation．Thisthesisreviewsthebackgr

6、ound，theorigin，developmentandpreexistingproblemofsolarchimneytechnology，andconcludesitscharacteristicsinitsfeasibilityandpowergenerationprinciple．Insolarchimneypowerplant，collectorisoneofthekeycomponentsaffectinggeneratingefficiency．Inordertoenhancethepowergenerationefficiencyofthesolarchimn

7、eypowerplant，asuitablenulrlericalmodelwasestablished．Itanalyzedandsimulatedefficiencyofcollectortheoreticallyandconeludedthatthethermalefficiencycollectionhottentheat-sinkefficiencyofdistributioncurve．Someimprovementmeasureswasproposedforpartsoflow