太阳能热气流发电系统的荷载和抗风性能研究.doc

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浙江大学建筑工程学院硕士学位论文太阳能热气流发电系统的荷载和抗风性能研究姓名:吕晓东申请学位级别:硕士专业:结构工程指导教师:袁行飞 20100301
摘
要
太阳能热气流发电系统是一项利用太阳能集热以及烟囱效应驱动风力涡轮带动发电机发电的新系统。该系统中的烟囱高度往往达到上千米,属于超高耸结构的范畴,同时由于该系统的特殊性,系统工作时烟囱结构将处于复杂的内外风场和温度场环境中。本文以一发电功率为100MW的太阳能热气流发电站为研究对象,通过平均风风场数值模拟、温度场数值模拟研究了系统内外风场和温度场的分布规律,并对其中的超高耸烟囱进行了风速时程分析和风振分析,论文得出了一些结论,为该系统进一步的结构分析提供了理论依据。论文首先总结了影响太阳能热气流发电系统发电功率和效率的各种因素,通过数值模拟研究了系统几何尺寸和形体变化对系统性能的影响,确定了超高耸烟囱的合理形体,得到了功率为100兆瓦电站的合理尺寸。论文接着运用计算流体力学方法对系统内外风场进行数值模拟,得到了系统风场的分布规律,按照风工程理论计算得到烟囱的风载体型系数,并与我国荷载规范以及相关风洞试验数据进行了对比研究,得到了体型系数沿烟囱高度方向和圆周方向的分布规律。为模拟系统温度场分布,论文对计算流体力学软俘FLUENT中的辐射模型做了系统研究,采用数值传热理论和计算流体力学方法,模拟了一定太阳辐射条件下系统内的辐射对流传热过程,得到了沿集热棚高度和直径方向以及沿烟囱高度和直径方向温度的分布规律。论文最后采用谐波叠加法,同时引入快速傅里叶变换技术,以西缪谱为标准谱对超高耸烟囱进行了风速时程模拟和分析;通过烟囱动力特性分析得到烟囱前 9阶振型和频率;通过结构瞬态动力计算得到了风振响应,并最终得出了烟囱的风振系数。
关键词:太阳能热气流发电系统;风场;温度场;太阳辐射;脉动风;风振响应.
Abstract
Solar heat flow power system iS
a
new system that uses solar heat and chimney
effect to drive wind turbines for generating chimney of this system which often has
a
height of 1 000札belongs to the category of super-roll
of the particularity of the system,the chimney will be plex internal and external wind and temperature
an a
1
OOmW solar thermal
power station as
example,the distributions of wind field and temperature field through numerical
simulation methods were studied in the the wind resistant performance of the chimney was conclusions obtained will give further research of structural analysis. First,the factors which effect the power and generating efficiency of the system were summarized in the effects of geometry size and shape performance were investigated by parameter reasonable geometry size were determined for Secondly,putational
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