太阳能喷射式发电系统的构建及其空气与低沸点工质的流动特性研究

Considering the limitation of the solar chimney power technology, a novel energy transfer mode is proposed, in which the solar energy is transformed from thermodynamic energy into potential energy and then into electricity by two-phase gas-liquid ejection technology. The mechanism of each energy transfer cycle is revealed. A promising way to utilize energy efficiently in the solar thermal power generation system is presented. The outcome from the study will promote the development of solar thermal technology. ..Research contents: the heat and mass transfer model of a closed collector with blackened canvas and storage layer will be set up. The dynamic characteristics of energy transfer in the collector combined energy collection-storage will be investigated. The effective equation with ejector performance in gas-liquid injection with low boiling point working fluid will be set up. The two-phase flow mixing mechanism and key technology about ejection pressure and coefficient and height of ascending will be studied. The technology to improve the circulating efficiency of working fluid will be explored. The optimization model of control parameters in the power generation system will be built. The influence of the main factors on the efficiency of overall power system will be determined. A reasonable matching of the critical influence parameters will be found. The optimal control strategy to achieve efficient power cycle of power generation system will be proposed and elucidated...Innovation of the proposed research: Using gas-liquid phase transition to increase the difference in density of the working fluid cycle will increase the efficiency of the thermodynamic cycle. The working fluid with the ordinary non-focusing collection can obtain greater output pressure; then the power output of the system can be increased. The proposed research will find new solutions for large-scale application of solar thermal power technology.

针对太阳能烟囱发电技术的局限性，利用气液喷射技术构建太阳能→热力学能→势能→电能的转换方式，揭示各循环之间的能量流动机理，形成一种光热发电系统能源高效利用的重要方法，促进太阳能热利用技术的发展。.研究内容：1.建立设置有涂黑帆布的闭式集热棚（含蓄热层）的传热传质模型，研究具有集蓄热耦合的集热棚内能量转换的动态特性；2.构建低沸点工质气液喷射器有效的喷射性能方程，研究两相流混合机理、喷射压力、喷射系数、上升高度等关键技术，探索提高工质循环热效率的方法；3.建立发电系统的控制参数优化模型，确定各主要因素对整个系统发电效率的影响关系，将关键的影响参数进行合理匹配，阐明实现发电系统高效动力循环的最优控制策略。.创新点：1.采用气液相变来增大工质循环过程的密度差，提高了热力循环效率；2.在非聚焦普通集热方式下循环工质可获取较大输出压力，增大了系统功率，为太阳能热发电技术的大规模应用提出新的解决方案。

针对太阳能烟囱发电效率低的问题，采用气液喷射方式实现太阳能的利用，以气液相变增大工质循环的密度差来提高热效率，为建立高效率太阳能热发电系统提出新的解决方案。. 通过项目实施，完成系统的能源利用分析、部件特性评估、系统仿真与优化及试验研究工作。揭示出太阳能转变为电能的方式及其与能源效率关系的关键技术问题。...在集热棚分析模型中，尝试辐射模型对光热转换的影响，计及辐射热损失。..为全面衡量太阳能热发电系统的性能，建立可压缩瞬态模型。在以往简单的热平衡基础上，增加压力方程、理想气体状态方程，建立发电系统的一维可压缩瞬态模型，可方便地计算气流温度、压力、密度分布，依此求出的系统总压差的动态变化与文献实际测量值具有良好的一致性。..建立太阳能喷射式发电系统各循环的能量方程，利用㶲分析的方法，评估发电系统的能源利用率。系统以低沸点工质为工作介质，换热器的㶲效率达到65%以上。揭示出整个系统的㶲效率达到20%或更高，能源利用率较高。..考察气液两相喷射器和液轮机结合的能量利用系统性能。表明将气液两相喷射器取代传统的工质泵所组成的系统具有较高的（火用）效率和热效率。气液两相喷射器和液轮机结合的能量利用系统在应用上具有较高的灵活性和机动性。..居于实际循环喷射器扩压室出口压力与理想循环情况不同的考虑，提出利用压力系数来描述喷射器扩压室的工作效率。经比较，该压力系数能恰当描述喷射器扩压室的工作状况，且方便测量确定。..自行研制一种内置移动式测温测压装置，测量工质流态。该装置的移动测量单元密封于喷射器内，不需布置多个测点，测量结构简化，无泄露问题。..对整个循环过程进行遗传算法的优化。选取数学模型的目标参数、变量和约束条件，综合考虑系统的经济性、系统性能和余热利用率，采用线性加权法构建系统的优化目标函数，建立了发电系统循环的优化数学模型。..进行太阳能的热-电转换利用模型试验，在一定的条件下，系统的效率可以提高5%以上。