300MW太陽能煙囪電站渦輪機的數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計

2.8萬字 76頁 原創(chuàng)作品，通過查重系統(tǒng)


摘 要
能源是人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的主要動力源泉。國際油價的持續(xù)增長和愈加突出的環(huán)境污染等問題迫使人類尋求可再生能源。太陽能屬于可再生能源，分布廣泛，不僅可以優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，而且可以降低環(huán)境污染所帶來的危害，具有很好的利用前景。太陽能煙囪發(fā)電技術(shù)是一項綜合了溫室效應(yīng)技術(shù)、煙囪技術(shù)、風(fēng)力渦輪機發(fā)電技術(shù)于一體的太陽能發(fā)電新技術(shù)，并且該技術(shù)具有清潔、發(fā)電成本低和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。在我國西部廣袤的戈壁以及荒漠化地區(qū)有著巨大的應(yīng)用前景，是實現(xiàn)我國大規(guī)模開發(fā)和利用太陽能的可行途徑之一。
本文針對300MW級太陽能煙囪電站進行了建模和仿真研究，運用商業(yè)CFD軟件FLUENT對太陽能煙囪整體以及渦輪機部分進行了數(shù)值模擬，研究其流動和性能，并且做了優(yōu)化設(shè)計。具體如下：
1、首先介紹了太陽能煙囪發(fā)電技術(shù)的原理及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，通過將太陽能煙囪劃分為4個部分：煙囪、集熱棚、渦輪機區(qū)域、外界環(huán)境，從而對其內(nèi)部的傳熱過程進行理論分析。然后通過分析系統(tǒng)的HAG效應(yīng)，推導(dǎo)了抽力和輸出功率的表達式。
2、本文著重對300MW太陽能煙囪及渦輪機進行了幾何設(shè)計和建模，雖然300MW級太陽能煙囪的規(guī)模十分龐大，且國內(nèi)外對其研究十分少，但本文以嚴謹?shù)膽B(tài)度對每一個步驟都進行了詳細的設(shè)計。同時，確定了36臺渦輪機沿環(huán)形布置在煙囪底部周圍的方案，從而最大限度地利用熱氣流。在建模過程中，對不同的區(qū)域采取不同的網(wǎng)格劃分方法，并確定了相應(yīng)的邊界條件。
3、對數(shù)值模擬基本理論做了詳細介紹，隨后對太陽能煙囪電站進行了數(shù)值模擬，并對模擬結(jié)果進行了驗證，證明了設(shè)計和模擬方法的合理性。
4、基于已完成的300MW太陽能煙囪電站數(shù)值模型，研究了渦輪機結(jié)構(gòu)參數(shù)、性能參數(shù)等因素的變化對流場的影響，并進行了一些簡單的優(yōu)化。針對同一翼型，在不同轉(zhuǎn)速下的渦輪機流量、輸出效率的變化，進行了比較。另外，通過在渦輪機所處截面添加導(dǎo)流面的優(yōu)化設(shè)計方式，經(jīng)證明可以有效地提高輸出功率。


關(guān)鍵詞： 太陽能煙囪 渦輪機 建模 數(shù)值模擬 優(yōu)化設(shè)計