实现太阳能烟囱经济综合利用海水的系统性研究

发布时间：2020-11-21 06:05

　　 针对太阳能烟囱系统的特点和不足,考虑目前太阳能海水淡化系统的技术发展趋势,本论文提出了太阳能烟囱海水综合利用系统。温室技术和烟囱技术被用于强化太阳能海水蒸发过程,通过冷凝途径获取饱和热空气中的蒸发水分,冷凝余热或冷凝淡水用于风力或水力发电。 论文首先对综合系统的技术和经济可行性进行了理论估算。其次,利用新型集热棚模拟考察了综合系统的集热性能,结合理论分析为系统设计提供上下限数据。随后加入空气主体流动和水分蒸发,建立太阳能烟囱强化蒸发系统,考察烟囱基部空气的温升和饱和度;对比建立不同储热材料和不同规模的系统考察提高空气温度的途径,对比多孔材料的加入、种类、方式和多少考察提高空气饱和度的途径。针对不同实验系统首先进行了简单的建模分析,其次为寻求系统放大的根本理论依据,采用计算流体力学对系统内部微观的流体流动、传热和传质过程进行模拟研究。在获取高温饱和空气后,建立直接和间壁冷凝实验系统冷凝收集水分,并进行了理论分析。 系统性能分析结果表明间壁冷凝风电综合系统同时具有技术和经济可行性。实验研究和理论分析结果给出,新型集热棚内外温差可达到40oC,夜晚仍可保持10 oC温差,加入空气主体流动和水分蒸发后,系统温升逐步下降;不同的储热材料、蒸发条件和系统规模使得系统温升性能有所不同;多孔材料的加入是获取饱和空气的有效途径,但也存在材料、多少、放置方式等方面的优化。随着瞬态气候条件的逐步引入,计算流体力学的数值模拟结果与实验数据间的吻合程度也逐步提高。饱和湿热空气中含有大量的不凝性气体,这部分气体成为水蒸气冷凝过程中的主要传质和传热阻力。相信本论文的研究将为太阳能烟囱海水综合利用系统的具体实施提供实验和理论基础,为经济规模化的太阳能技术利用找到一条有效的路径。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2005
【中图分类】：P747;TK519
【文章目录】：
前言
第一章 文献综述
    1.1 太阳能技术的应用
    1.2 太阳能烟囱发电技术
        1.2.1 系统的提出和工作原理
        1.2.2 研究现状
        1.2.3 太阳能烟囱发电系统的优缺点
        1.2.4 目前提出的太阳能烟囱技术的发展方向
    1.3 太阳能海水淡化
    1.4 含有不凝性气体的蒸汽冷凝换热的研究
        1.4.1 含有不凝性气体蒸汽的冷凝现象与机理
        1.4.2 研究现状
    1.5 论文工作的提出
第二章 综合系统的提出和性能分析
    2.1 ASD 单目标系统的分析
    2.2 综合系统的提出和工作原理
        2.2.1 直接冷凝系统
        2.2.2 间壁冷凝系统
        2.2.3 特殊设计
    2.3 综合系统的性能分析
        2.3.1 气候条件
        2.3.2 技术性能
        2.3.3 冷凝水产量
        2.3.4 水电量估算
        2.3.5 风电量估算
        2.3.6 原盐产量估算
    2.4 经济和环境效益
    2.5 综合系统优势
    2.6 本章小结
第三章 新型太阳能集热棚的性能研究
    3.1 实验系统
    3.2 测量装置
    3.3 温度预测经验式
        3.3.1 空气温度经验方程
        3.3.2 水体温度经验方程
    3.4 温度预测模型的建立
        3.4.1 系统传热网络
        3.4.2 模型假设
        3.4.3 模型基本方程式
        3.4.4 传热速率方程的确定
        3.4.5 模型的求解
    3.5 结果与讨论
        3.5.1 系统温升性能
        3.5.2 非线性回归结果
        3.5.3 模型预测结果
        3.5.4 热损分析
        3.5.5 太阳能有效利用效率
        3.5.6 集热性能的评价
    3.6 本章小结
第四章 太阳能烟囱强化蒸发过程的系统性研究
    4.1 实验部分
        4.1.1 小型实验系统
        4.1.2 中型ASD 系统
        4.1.3 大型太阳能烟囱系统
    4.2 理论部分
        4.2.1 自然蒸发过程理论预测
        4.2.2 ASD 系统理论预测
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 温升性能
        4.3.2 空气流速
        4.3.3 强化水分蒸发过程
        4.3.4 水分蒸发量
        4.3.5 空气饱和程度
        4.3.6 太阳能利用效果分析
    4.4 本章小结
第五章 太阳能烟囱海水蒸发系统的数值模拟
    5.1 模拟方法
        5.1.1 流体流动模拟
        5.1.2 质量和热量传递模拟
    5.2 模拟条件
    5.3 物性参数
    5.4 分析方法
    5.5 结果与讨论
        5.5.1 温度场模拟结果
        5.5.2 速度场模拟结果
        5.5.3 压力场模拟结果
        5.5.4 质量分率场模拟结果
        5.5.5 结构参数的影响
        5.5.6 太阳辐照度的影响
        5.5.7 热量存储方式的影响
        5.5.8 瞬态空气流速
        5.5.9 空气饱和度
    5.6 本章小结
第六章 饱和空气冷凝过程的实验与理论研究
    6.1 实验部分
        6.1.1 直接冷凝实验装置
        6.1.2 间壁冷凝实验装置
    6.2 理论分析
        6.2.1 直接冷凝
        6.2.2 间壁冷凝
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 直接冷凝实验
        6.3.2 间壁冷凝实验
        6.3.3 冷凝系统的初步设计
    6.4 本章小结
第七章 结论与展望
参考文献
发表论文
符号说明
致谢

【参考文献】

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本文编号：2892645