立式集熱板太陽能熱氣流電站理論分析與數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來，不可再生能源的逐漸耗盡與環(huán)境污染給世界人們帶來的困擾，迫使人們尋找新的能源來替代傳統(tǒng)的化石能源。人類要解決能源危機(jī)和環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，只能大規(guī)模的開發(fā)利用可再生的清潔能源。在所有可再生清潔能源中，太陽能是被各國(guó)專家都看好的未來替代能源。
　　 太陽能的主要利用方式是光電利用和光熱利用，太陽能煙囪發(fā)電是一種基于熱動(dòng)力循環(huán)的光-熱-電利用技術(shù)，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ拈g接發(fā)電技術(shù)。太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)主要是應(yīng)用

2、于太陽能資源豐富的地廣人稀的荒漠化地帶，而對(duì)同樣具有豐富太陽能資源的城市卻不適合。本課題組在太陽能煙囪基礎(chǔ)上發(fā)明了一種應(yīng)用于城市的太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)--立式集熱板太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
　　 以流道內(nèi)空氣流動(dòng)的機(jī)理出發(fā)，建立了理想熱力循環(huán)過程和實(shí)際熱力循環(huán)過程，分析出立式集熱板太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的熱力循環(huán)過程本質(zhì)上是熱機(jī)循環(huán)過程。進(jìn)行理論分析時(shí)綜合考慮熱壓和風(fēng)壓兩種因素共同影響，推導(dǎo)出系統(tǒng)通風(fēng)量、系統(tǒng)最大功率和系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)換效率的計(jì)算

3、公式，通過用MATLAB編程方法，分析了太陽輻射量、集熱板高度、集熱板寬度等因素對(duì)系統(tǒng)通風(fēng)量、系統(tǒng)最大功率和系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)換效率的影響。
　　 在理論分析的基礎(chǔ)上，以數(shù)值模擬為主要研究方法，對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析討論。分析的主要結(jié)論有：通風(fēng)量、系統(tǒng)最大功率隨著太陽輻射量的增加而增加，太陽輻射量對(duì)系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)換效率影響很小；集熱板高度是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，通風(fēng)量和系統(tǒng)最大功率都隨著它的增大而增加，同時(shí)它也是影響系統(tǒng)最大能量轉(zhuǎn)換效率的最為

4、主要的因素；隨著集熱板寬度的增加，系統(tǒng)最大能量轉(zhuǎn)換效率幾乎是不變的，系統(tǒng)通風(fēng)量和系統(tǒng)最大功率是增大的，但是增大的幅度逐漸變小，這是由于增加集熱板寬度對(duì)換熱的主要影響表現(xiàn)在改變了過渡區(qū)特別是正在發(fā)展區(qū)的換熱量，到寬度增加到一定值時(shí)，流道內(nèi)的有限空間換熱達(dá)到充分發(fā)展區(qū)后，再增加集熱板寬度對(duì)換熱影響不大；集熱板高度與寬度之間存在一個(gè)最佳比值15～20，使得在此比值范圍內(nèi)，系統(tǒng)的通風(fēng)量最大；空氣層厚度對(duì)通風(fēng)量的影響是先增大后減小的，同時(shí)考慮到立

5、式集熱板太陽能熱氣流電站是依托城市高樓的南墻而建立，為了不影響城市建筑形象，空氣層厚度不應(yīng)過厚，本文認(rèn)為空氣層的合理厚度為0.2～0.5m。
　　 通過理論分析與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比，理論分析結(jié)果明顯大于數(shù)值模擬結(jié)果，這主要是因?yàn)槔碚摲治鰰r(shí)沒有考慮系統(tǒng)出口回流現(xiàn)象、空氣在流道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失、流道壁面的摩擦損失和空氣在流道內(nèi)湍流時(shí)的能量耗散。
　　 通過正交試驗(yàn)方法，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)論，進(jìn)一步表明，集熱板高度是整個(gè)系統(tǒng)中最為