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100MW级太阳能热气流发电系统的热力学分析及数值模拟

夏利生  
【摘要】: 能源是人类社会发展的重要基础资源,是现代化生产的主要动力来源。持续的国际油价持续增长和日益突出的环境污染等问题迫切需要人类寻求可再生能源。太阳能是可再生能源,而太阳能热气流发电技术是大规模的利用太阳能和运用烟囱效应、风力透平发电技术进行发电的一种新的太阳能发电技术,该技术具有清洁、发电成本低和结构简单等优点。 本文通过对国内某规划建设中的100MW级太阳能热气流发电站系统内流动与传热过程的热力学分析,并对太阳能热气流发电系统建立物理数学模型、几何建模和划分网格,设置其边界条件,最后利用SIMPLE算法对集热棚和导流烟囱内气流的速度场、压力场和温度场分布进行数值模拟,得到不同太阳辐射强度下系统内热空气流量、导流烟囱产生的最大驱动压差、透平功率以及发电站系统的热效率。 模拟结果显示:太阳能热气流发电站系统的集热棚进、出口平均速度、系统内热空气的质量流量、导流烟囱产生的最大驱动压差、透平功率和发电站系统的热效率均随太阳辐射强度的增加而增加。综合考虑流动阻力、透平绝热效率后,1000m高烟囱发电系统的实际效率在0.2~0.8%之间,这对以后设计和建设大规模的太阳能热气流发电站系统具有参考意义。 此外还进行了小型热气流发电系统的验证性实验研究。在加热热流密度187.5W/m2的情况下,系统烟囱出口具有较稳定速度和温度空气流流出,该系统产生了一定的驱动压力差,从而证实了利用大尺寸太阳能热气流发电站系统来产生足够大的驱动压力差推动透平机组发电的方法是可行的。


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