相變蓄熱對立式集熱板太陽能熱氣流系統(tǒng)運行性能的影響研究.pdf

1、傳統(tǒng)太陽能熱氣流電站由于其集熱棚直徑很大，只能建在人口稀少的荒漠化地區(qū)，而且煙囪非常高，不易建造與保持穩(wěn)定。課題組在傳統(tǒng)太陽能熱氣流電站基礎(chǔ)上設(shè)計了一種立式集熱板太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)將集熱板與煙囪合為一體，依附在高層建筑物上建造，這一設(shè)計大大減小了原有太陽能熱氣流電站的占地面積，將技術(shù)簡單，清潔環(huán)保的太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)應(yīng)用在太陽能資源同樣豐富的城市中。由于太陽輻射的間斷性與不穩(wěn)定性，為了提高能源利用率，保證立式集熱板太陽能熱氣

2、流發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)運行，本文在系統(tǒng)中設(shè)置了以石蠟相變材料作為蓄熱材料的蓄熱層，研究了相變蓄熱對系統(tǒng)運行性能的影響，并研究了強化空氣與石蠟換熱的方式。
　　 本文主要針對系統(tǒng)內(nèi)空氣流動與相變蓄熱的耦合情況進行了非穩(wěn)態(tài)數(shù)值計算研究，比較了系統(tǒng)有無相變蓄熱層時豎直煙囪流道內(nèi)空氣的最大流速和系統(tǒng)最大功率，分析了蓄熱層厚度對系統(tǒng)運行情況的影響。通過分析得出：系統(tǒng)內(nèi)空氣最大流速和系統(tǒng)最大功率隨時間的變化關(guān)系與太陽輻射量隨時間的變化關(guān)系相似，中

3、午太陽輻射量達到最大值時，氣流速度和功率也達到最大值；包含蓄熱層的系統(tǒng)在夜間有0.79m/s的風(fēng)速，系統(tǒng)功率有1.3W左右，正午時系統(tǒng)的最大功率值比沒有蓄熱層時低，但是由于石蠟的儲能作用，使得該值隨天數(shù)增加不斷提高，并且夜間氣流速度也不斷增大，因此可得出蓄熱層能保證電站系統(tǒng)的連續(xù)運行；另外本文比較了兩種蓄熱層厚度對豎直煙囪流道內(nèi)空氣最大流速和系統(tǒng)最大功率的影響，通過研究表明，當(dāng)蓄熱層厚度為0.2m時，系統(tǒng)獲得的最大功率值略大，因此在本文

4、的系統(tǒng)中可將蓄熱層的厚度設(shè)置為0.2m。
　　 由于石蠟和空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較低，本文采用擴展表面的方法強化空氣與石蠟之間的換熱，設(shè)計了多種表面帶肋的蓄熱層，并對其蓄放熱能力進行了模擬和比較，結(jié)果表明：增加空氣與石蠟的換熱接觸面積，能夠有效強化二者之間的換熱；且當(dāng)蓄熱層表面帶有縱向矩形肋時，石蠟的蓄熱和放熱時間大大縮短，系統(tǒng)中空氣的流速得到了提高，從而保證了系統(tǒng)運行的連續(xù)性。另外本文利用數(shù)值模擬法分析了在石蠟相變材料中添加不同含量的