太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的熱動力學問題研究.pdf

1、論文基于太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)流動與傳熱過程的熱力學理論，對Helio-Aero-Gravity效應(簡稱為HAG效應)、結構參數(shù)對系統(tǒng)流動與傳熱特性的影響、帶蓄熱層的系統(tǒng)流動與傳熱特性以及負載條件下系統(tǒng)流動與傳熱特性進行了系統(tǒng)的分析與研究，取得如下一些有意義的研究成果。
　　 (1)對太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)不同區(qū)域的熱力過程進行了分析，重新建立了系統(tǒng)的熱力學循環(huán)，提出了能量利用度的概念，建立了系統(tǒng)的實際循環(huán)效率、理想循環(huán)效率以及

2、系統(tǒng)不同部件的火用效率模型。太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)是一個Brayton循環(huán)。煙囪既具有提高系統(tǒng)效率的作用，同時又需要耗費大量的工質能量，這導致系統(tǒng)的循環(huán)效率遠小于相同增壓比的標準Brayton循環(huán)效率。此外，kW級小規(guī)模系統(tǒng)集熱棚的火用效率較高而煙囪火用效率較低；而相比較而言，200MW大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)集熱棚的火用效率顯著減小而煙囪火用效率顯著增大。
　　 (2)對太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的HAG效應作了進一步分析。提出了一個更完善

3、的模型以衡量太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的性能，進一步考慮了太陽輻射和幾何參數(shù)對系統(tǒng)相對壓力、抽力、輸出功率以及效率的影響。以西班牙模型為實例，數(shù)值模擬結果與理論分析模型預測結果具有良好的一致性。
　　 (3)對空載條件下太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)進行了流動與傳熱數(shù)值模擬，得到系統(tǒng)的溫度場、速度場和壓力場。結果表明：集熱棚半徑、煙囪高度、煙囪形狀等幾何參數(shù)均對系統(tǒng)內(nèi)的傳熱與流動特性具有重要影響。之后，設計了一種螺旋集熱式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)并

4、對其進行數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結果表明：采用螺旋集熱式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)比常規(guī)的太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)更具有經(jīng)濟性和商業(yè)優(yōu)勢。
　　 (4)建立了包含蓄熱層的太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的流動與傳熱數(shù)學模型，并對包含蓄熱層的太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)進行耦合數(shù)值模擬。計算結果表明：多孔蓄熱層對太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)流動與傳熱特性的影響非常顯著；多孔蓄熱層具有熱慣性，采用較高導熱系數(shù)和熱容量的多孔蓄熱層對于提高系統(tǒng)發(fā)電連續(xù)性、調(diào)整系統(tǒng)發(fā)電峰谷差、提高

5、系統(tǒng)能量利用度具有重要作用。
　　 (5)建立了包含透平、集熱棚和煙囪的太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的傳熱與流動數(shù)學模型，并對負載條件下不同規(guī)模的太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)進行傳熱與流動耦合數(shù)值模擬。計算表明：系統(tǒng)輸出功率和能量轉換效率隨透平轉速的變化存在一個極大值，系統(tǒng)流量和溫度隨透平轉速的變化也比較顯著。本論文提出的數(shù)值模擬方法為負載條件下太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的進一步研究提供了有益的參考。
　　 (6)構建了小型太陽能熱氣流發(fā)電實