• 目的：

以系统内的流动和传热过程为基础，研究系统尺寸、太阳辐射强度等参数对系统电功率的影响。通过分析太阳能热气流发电系统的热力循环过程、确定各参量之间的相互作用，减少能量的损失，最大限度的提高能量转化效率和太阳能利用率。

• 意义：

大力发展可再生能源是解决我国资源短缺和实现可持续发展的重要手段。太阳能在可再生能源中占据了重要地位。太阳能热气流发电技术是一种可能实现大规模、低成本、直接太阳能热利用的发电方式。这项技术无需化石燃料，运行无污染，结构简单，维护方便，使用寿命长，无需冷却水，具有十分广阔的应用前景。

• 国内外研究现状分析：

（1）国外太阳能热气流发电技术的研究进展：Schiliach教授在1978年提出太阳能热气流发电技术的构想后，1982年，西班牙和德国在西班牙Manzanares建造了首座太阳能热风实验型电站。电站内部设置的蓄热系统可以使系统保持连续的运行。白天电站内部发电机组的转速可以达到1500r/min，电力输出效率为100kW；到晚上时，发电机组的转速也能够保持在1000r/min，电力输出效率为40kW。这座实验性的电站建成于1982年，至今为止一共运行了1500h，测量结果表明集热器中的平均温度升高了17℃，风速维持在12m/s，这座电站的建造为研究热气流电站系统运行效果提供了大量的实验测量数据。除了西班牙Manzanares所建造的实验电站之外，美国、澳大利亚及欧洲各国等国家的专家、研究者都对这类技术进行了大量理论和实验的研究。美国科学家Krisst在1983年建立了一套庭院式的太阳能热气流发电设备。1995年，Sherif和Pasumarthi等人在佛罗里达大学建立了三类异种形式的太阳能热气流发电系统模型，其对集热棚外部边缘的形状进行了改进，并借助蓄热材料维持稳定运行。在理论的研究方面，1987年Mullet西班牙Manzanares的实验电站为基础，推导出太阳能热气流电站的总效率。1997年，Kreetze提出了储热层的数学模型，接着从理论角度验证了太阳能热气流电站全天候营运的可能性。2000到2004年，南非的Von Backstrom和Gannon讨论了可压缩流动，流道内部空气压降，空气动力循环、能量耗散和锅轮机性能改进对太阳能热气流电站工作效率的影响。2014年，Ehsan Gholamalizadeh等借助Fluen软件对西班牙Manzanarest的热气流站进行了数值模拟，研究温室效应对系统内部空气流动空气和传热特性的影响，得到不同条件下地面的溫度曲线，集热器效率以及输出功率，并通过对比原型电厂进行验证。

（2）我国太阳能热气流发电技术的研究进展：近几年来，中国的许多专家学者亦对太阳能热气流发电技术产生极大的关注与兴趣并开展了理论方向和实验方向的研充。明廷臻等人理论研究了太阳能热气流系统的流程，分析了集热设备、流道和风力锅轮机内部工质在运行时发生的热力学过程，提出能量利用度的概念，并指出，在所研巧的发电系统內部，相对压强都是负值，位于烟囱底部的相对皮强值最低；流道的高度，流道半径的变化，集热棚的半径变化，太阳能福射总量的变化，均会对系统的抽力产生较大影响。而在对小尺寸太阳能热气流系统的相关性实验研巧中，分别探讨了将热流密度设定为单一值时巧将其以正弦曲线变化时系统的热力参数情况。周新平主持建设了小型的太阳能烟囱发电实验平台（烟囱高8m，集热棚直径为10m），并展开了相应的实验研究；编写了SIMPLE类算法三维仿真模拟，对内部压力场、流动场、温度场进行了模拟仿真，并且同实验得出的结论进行了对照研究；从建设难度、效率、成本、安全等多个角度探究了三种烟囱设备的特性，并讨论在我国西北地区建立此类太阳能烟囱热气流系统的可行性与经济性。黄惠兰，卢峰等着重以Manzanares建造的电厂为原型建立了模型，并对电厂内运行情况进行了仿真计算，研究结果显示：系统在运行过程中内部压力为负值，当辐射强度增加时，系统转变段压力差和集热棚进出处的温度差基本上呈线性降低趋势。他们还对集热棚内部空气的热力过程进行了理论研究，构建了集热棚的物理模型，并给出计算集热棚热量耗散和热效率的数学方法。

2. 研究的基本内容与方案

• 研究的基本内容：

1. 建立太阳能热气流发电系统和储能系统的耦合模型，选择适合的模型参数;

2. 分析系统发电功率的特性。

   目标：计算一个大尺寸太阳能热气流发电系统模型公布功率的波动性

   拟采用的技术方案及措施：

   建立包含蓄热层的太阳能热气流发电系统的流动与传热数学模型，并对包含蓄热层的太阳能热气流发电系统进行耦合数值模拟，采用CFD数值计算软件对该系统的电功率的波动性以及蓄热层的温度场变化规律进行数值模拟研究。

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