太阳能烟囱自然通风的数值模拟

太阳能烟囱中风压式通风装置的三维非定常数值模拟陈佳俊;左潞;周晓天;丁玲;许波峰;王嘉良;何新屹【摘要】By establishing the physical model of the wind pressure ventilator in solar chimney,the three-dimensional unsteady numerical simulation of the wind pressure ventilator was carried out by using the Fluent simulation software,and the flow field characteristics and performance parameters of the device were obtained.The results show that when the wind wheel diameter is 10 m and the height is 15 m,the ventilator can produce a negative pressure of 64.5 Pa at the rotational speed of 69.3 r/min under equilibrium condition;the velocity field and pressure field of the specific cross section under different azimuth angles show obvious differences,and the flow field in the wind pressure ventilator is more complex;the blade torque of the wind pressure ventilator changes cyclically,and the total torque of the fan blades has not changed much with azimuth angle.The total torque of the H-type vertical axis wind wheel blades increases first and then decreases in a cycle to achieve a dynamic balance roughly.%通过构建太阳能烟囱中风压式通风装置的物理模型,并运用Fluent仿真软件对风压式通风装置进行三维非定常数值模拟,从而获得该装置的流场特性及性能参数.研究结果表明:当风轮直径为10 m,风轮高度为15m时,平衡工况下风轮的转速为69.3r/min,风压式通风装置能够产生64.5 Pa的负压;在特定的过流断面上,不同方位角的速度场及压力场呈现出明显的差异性,风压式通风装置内的流场较为复杂;风压式通风装置中叶片的转矩呈周期性变化,通风机叶片的总转矩随方位角变化不大;在一个运行周期内,H型垂直轴风轮叶片的总转矩呈先增加后减小的变化趋势,总体上达到动态平衡.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2017(035)004【总页数】7页(P606-612)【关键词】太阳能烟囱;H型垂直轴风轮叶片;通风机叶片;非定常流场;数值模拟【作者】陈佳俊;左潞;周晓天;丁玲;许波峰;王嘉良;何新屹【作者单位】河海大学能源与电气工程学院,江苏南京210098;河海大学能源与电气工程学院,江苏南京210098;河海大学能源与电气工程学院,江苏南京210098;河海大学能源与电气工程学院,江苏南京210098;河海大学能源与电气工程学院,江苏南京210098;河海大学能源与电气工程学院,江苏南京210098;河海大学能源与电气工程学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】TK514太阳能烟囱电站（SCPP）具有结构简单、运维方便、昼夜连续发电等优点，能够实现太阳能的大规模开发和利用，拥有着巨大的应用前景。

太阳能烟囱中风压式通风装置的三维非定常数值模拟太阳能烟囱是一种能够利用太阳能进行通风换气的设备。

在温室、工厂等有密闭空间的场所，常常会出现空气流通不畅的情况，导致空气质量下降，影响人们的健康和生产效率。

太阳能烟囱正是利用太阳能将空气从室内抽出，使室内空气得到更新。

在太阳能烟囱中，一种叫做风压式通风装置的设备被广泛使用。

该装置利用风压将室内空气通过通风管道排出室外，实现了通风换气。

为了保证该装置的高效运作，需要进行三维非定常数值模拟。

一、数值模拟的基本理论和方法数值模拟是一种重要的计算机仿真技术，用于分析和解决物理现象和工程问题。

对于太阳能烟囱中的风压式通风装置，要进行三维非定常数值模拟，需要以下基本理论和方法：1. 流体力学的基本理论流体力学是研究流体运动的力学分支学科。

从宏观上研究流体的动力学特性，包括流体的速度、密度、压力、温度等变化规律。

对于太阳能烟囱中的风压式通风装置，需要应用流体力学理论分析流体的运动和力学特性。

2. 计算流体力学(CFD)的基本理论计算流体力学(CFD)是利用计算机模拟流体运动和力学特性的一种方法。

通过数值分析的方法求解流体的宏观运动状态，并对其进行仿真。

对于太阳能烟囱中的风压式通风装置，需要应用CFD方法分析流体的宏观运动状态。

3. 边界条件和数值方法在进行数值模拟时，需要设置边界条件和选择合适的数值方法。

边界条件是指流体的边界情况，例如速度、压力、温度等。

数值方法是指分析流体的方程组、离散化方法和求解方法。

对于太阳能烟囱中的风压式通风装置，需要设置合适的边界条件和选择适当的数值方法。

二、数值模拟的具体步骤在进行太阳能烟囱中风压式通风装置的三维非定常数值模拟时，可以按以下步骤进行：1. 几何建模几何建模是将真实物体转换为计算机模型的过程。

对于太阳能烟囱中的风压式通风装置，需要将其几何形状建模，包括通风管道、压差风机、风口等部件。

2. 网格划分在进行数值模拟时，需要将空间区域离散化为网格。

太阳能烟囱在强化建筑自然通风中的应用太阳能烟囱在强化建筑自然通风中的应用摘要：介绍了太阳能烟囱强化自然通风的原理、意义及太阳能烟囱的实例应用。

在总结了国内外学者关于太阳能烟囱强化自然通风的研究成果的基础上，提出三种可用于实际的复合太阳能烟囱系统。

关键词：太阳能烟囱；自然通风；生态建筑；复合系统中图分类号：S891+.5 文献标识码：A 文章编号：0 引言太阳能是世界上最丰富的可再生能源，太阳能的利用技术，也一直备受关注。

如何将太阳能有效地融入建筑设计中以实现太阳能建筑一体化已成为生态建筑研究的热点问题。

太阳能烟囱作为被动式太阳能利用形式之一，最早是由法国太阳能实验室主任Felix Trombe教授在1967年提出的，其研究成果在当时引起了人们的普遍关注。

在近几十年的时间里，国内外对太阳能烟囱进行了大量实验及数值模拟研究，提出了各种各样的太阳能烟囱结构形式，并应用于室内通风及其他领域。

1 太阳能烟囱强化自然通风的原理太阳能烟囱基于热压作用下的通风原理，巧妙地应用太阳辐射热和烟囱的“拔风”作用来强化室内自然通风。

太阳能烟囱通过吸收太阳辐射能加热腔内空气，增大烟囱内外温差从而增强热压，同时利用烟囱效应的抽吸作用强化自然通风，增加室内通风量，改善通风效果。

常见的太阳能烟囱形式有：Trombe墙体式、竖直集热板屋顶式、倾斜集热板屋顶式，另外还有墙壁-屋顶式、辅助风塔通风式结构等。

[1]利用太阳能烟囱技术来强化室内的自然通风具有很显著的意义，主要表现为：1)加强室内自然通风，能够提高室内空气质量，避免由于空气质量的下降而引发空调综合症。

同时，太阳能烟囱强化室内自然通风的动力为太阳能，较之机械通风可节省风机能耗。

2) 太阳能烟囱技术对绿色生态建筑的发展具有积极的推动作用。

作为被动式太阳能利用形式之一，太阳能强化通风技术因其设计简单、造价低及效果明显等优点而颇受建筑设计者的青睐，近年来成为生态建筑能源系统设计中的一个必备的节能与生态元素。

太阳能烟囱内部气流换热特性的数值模拟柳仲宝;苏亚欣;刘向锋【摘要】太阳能烟囱是一种利用热压强化自然通风的有效方法.采用FLUENT模拟软件对不同高度的太阳能烟囱进行了数值模拟,分析了烟囱内部空气的温度场、速度场以及局部对流换热系数的变化情况,结果表明在集热墙与玻璃盖板的近壁面处,边界层内温度梯度与速度梯度较大.局部对流换热系数在烟囱进风口上端一定范围内的数值波动较大,并随着竖直高度的增加而逐渐降低,直至流动状态发生变化后随着竖直高度的增加而升高.【期刊名称】《建筑热能通风空调》【年(卷),期】2014(033)004【总页数】4页(P17-19,28)【关键词】自然通风;太阳能烟囱;数值模拟;对流换热系数【作者】柳仲宝;苏亚欣;刘向锋【作者单位】上海市建筑科学研究院(集团)有限公司;东华大学环境科学与工程学院;上海市建筑科学研究院(集团)有限公司【正文语种】中文太阳能烟囱是一种利用热压强化自然通风的有效方法。

近年来研究人员对不同形式的太阳能烟囱自然通风的热性能进行了实验测试、理论模型以及数值模拟的研究[1～5]。

在前人建立的理论模型中，普遍采用经验公式来计算太阳能烟囱内空气的局部对流换热系数，进而求得烟囱的通风量。

然而空气在太阳能烟囱通道内受热流动的过程中，由于速度的变化必然会引起玻璃和墙体表面的局部对流换热系数发生变化，这必然会引起换热过程的计算误差从而影响通风量计算的准确性，因此深入探讨烟囱内部的局部流换热系数对研究太阳能烟囱的通风性能具有重要意义。

1.1 物理模型太阳能烟囱主要由玻璃盖板、集热墙以及空气通道所构成，如图1所示。

烟囱的空气通道的宽度为0.3m，下部空气入口的高度为0.3m，烟囱的高度在2～4m之间变化。

室外太阳辐射通过透明玻璃盖板进入烟囱通道后被集热墙的蓄热材料吸收，从而加热通道内的空气，使之产生内外密度差形成向上运动的自然对流，从烟囱顶端流出至室外。

室内空气则通过集热墙下部的入口流入空气通道，从而使室内的空气形成自然通风，达到通风换气的目的。

太阳能烟囱发电系统数值模拟研究的开题报告一、研究背景与意义随着全球能源消耗量的不断增加和环境污染的日益严重，清洁能源的研究与开发变得越来越重要。

太阳能作为最为广泛分布、能量最为丰富的清洁能源之一，具有巨大的应用前景。

太阳能烟囱发电系统是一种利用太阳能、风能和地热能等多种能源，通过建造巨型锥形状的烟囱，将热能逐层传递，产生空气流动并驱动涡轮机发电的技术，是目前世界上最为成熟的太阳能发电技术之一。

太阳能烟囱发电系统不仅能够解决能源短缺和污染等环境问题，还具有投资周期短、运行成本低等优势，受到了广泛关注。

因此，对太阳能烟囱发电系统的数值模拟研究具有重要的理论和应用价值。

二、研究内容和研究方法1. 烟囱内空气流动场数值模拟基于Navier-Stokes方程，采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法，建立太阳能烟囱发电系统内部的三维流动场模型，分析空气流动的速度、温度、压力分布特征，探究巨型锥形烟囱内部气体流动的规律。

2. 太阳辐射和热传递模型研究考虑太阳辐射的波长和强度对烟囱内部温度和空气流动的影响，建立太阳辐射和热传递模型，对太阳能烟囱发电系统的能量转换过程进行数值模拟和分析。

3. 太阳能烟囱发电系统整体性能优化与评价基于数值模拟结果，对太阳能烟囱发电系统的整体性能进行优化设计和评价，探究影响其性能的因素，为进一步优化和提高太阳能烟囱发电系统的性能提供理论依据。

三、研究成果预期本文主要预期研究太阳能烟囱发电系统的空气流动特性、能量转换过程和整体性能优化等关键问题，设计和实现太阳能烟囱发电系统的数值模拟方法，得到太阳能烟囱发电系统的数值模拟结果。

通过对模拟结果进行分析，得出太阳能烟囱发电系统的优化方案，提高其整体性能。

四、论文框架第一章绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状1.3 研究内容和方法1.4 论文结构第二章太阳能烟囱发电系统的数学模型2.1 基本原理2.2 模型建立2.3 模型的求解方法第三章烟囱内空气流动场的数值模拟3.1 CFD数值模拟基本原理3.2 烟囱内气流场的建立3.3 烟囱内气流场的数值模拟3.4 数值模拟结果分析第四章太阳辐射和热传递模型研究4.1 太阳辐射的影响4.2 热传递模型的建立4.3 数值模拟结果分析第五章太阳能烟囱发电系统整体性能优化与评价5.1 成本效益分析5.2 整体性能优化方案设计5.3 优化结果分析第六章结论6.1 研究成果总结6.2 研究局限性和展望参考文献。

太阳能热气流发电辅助加热烟囱特性数值模拟郭天明;陈俊俊;庞赟佶;陈义胜;牛永红;王晓彤【期刊名称】《陕西电力》【年(卷),期】2014(42)8【摘要】针对太阳能热气流发电系统,提出了采用二次辅助加热的技术措施,以增大气体内能,增加气流速度,提高烟囱抽力,降低烟囱高度的设想.利用流体动力学数值模拟软件Fluent对辅助加热烟囱特性进行数值模拟,研究辅助加热气流焓值变化对烟囱速度场、压力场分布的影响,并与无辅助加热情况进行比较.结果表明,太阳能热气流发电系统辅助加热可强化烟囱的抽吸作用,有利于发电机组的正常连续运行和发电输出功率的提高.【总页数】4页(P26-29)【作者】郭天明;陈俊俊;庞赟佶;陈义胜;牛永红;王晓彤【作者单位】内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】TM615【相关文献】1.兆瓦级太阳能热气流发电站风荷载的数值模拟 [J], 袁行飞;吕晓东2.辅助加热气体焓值与太阳能热气流发电系统烟囱特性的数值模拟 [J], 陈俊俊;郭天明;庞赟佶;陈义胜;牛永红;王晓彤3.新型太阳能热气流电站烟囱流场数值模拟研究 [J], 李文艳;汪涛4.太阳能热气流发电系统辅助加热与塔囟高度研究 [J], 陈俊俊;庞赟佶;陈义胜;李义科;魏毅立;郭天明5.太阳能热气流发电系统烟囱特性与辅助加热高度研究 [J], 陈俊俊;郭天明;庞赟佶;陈义胜;牛永红;王晓彤因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

浅谈建筑一体化太阳能烟囱的通风性能摘要：随着世界经济的不断发展，人们对能源的需求越加强烈，因此，太阳能烟囱这个名词也越来越多的进入到人们的生活中，它可以充分利用取之不尽、用之不竭的太阳能源，减少了不可再生资源的浪费，本论文简要的介绍了太阳能烟囱的发展历史，并探讨了一些学者对太阳能烟囱通风性能方面的研究。

关键词：太阳能烟囱发展历史通风性能一、太阳能烟囱的概念和发展历史随着全球经济的不断进步，能源危机与环境恶化已经给了当代人无与伦比的压力，人们迫切需要寻找一种可再生的、取之不尽、用之不竭的环保型新能源来缓解这些压力。

经过人们的不断探索，已经把这种能源聚焦于能量无限以及完全清洁的太阳身上，因此，太阳能烟囱技术也逐渐的开始发展和进步。

20 世纪50 年代，法国科学家e.trombe开始对太阳能烟囱进行研究,它的研究结果引起了科学家们的兴趣，从此，引发了一股研究太阳能烟囱的热潮其研究成果引起了人们的普遍关注,随后人们对太阳能烟囱展开了一系列探索性研究，并应用于多种领域。

太阳能烟囱这项技术是将历史悠久的烟囱技术与新生的太阳能利用技术完美的结合起来,依据热压作用下的自然通风原理,以太阳辐射为空气流动的动力,有效地将辐射热能转化为空气动能,从而增大建筑的压头和排风量。

太阳能烟囱作为一项新技术,可以应用于海水淡化、改善室内环境、改变局部区域的小气候以及太阳能发电，因此，这项技术已经成为本世纪可再生能源研究的重要方向之一。

二、太阳能烟囱技术的研究成果bouchair a对太阳能烟囱的的研究证明了:太阳能烟囱存在一个能够使空气流量达到最大化的最佳截面长宽比。

afonso c等科学家用有限差分模型对太阳能烟囱与传统的自然通风烟囱的工作性能进行了比较，比较的结果表明太阳能烟囱的通风性能要明显优于传统的自然通风烟囱。

gan g用cfd方法预测了trombe墙的通风性能,其研究结果表明表明：通风量随壁温、太阳的热量、通风墙高及墙的间隙的增加而增大。

太阳能烟囱通风量计算方法和通风效果强化研究太阳能烟囱通风量计算方法和通风效果强化研究引言：在建筑设计中，通风是一个重要的要素，它能够有效地保持室内空气的流动和新鲜。

而太阳能烟囱通风系统是一种利用太阳能的通风方式，通过利用太阳能来驱动室内空气流动，以实现通风的目的。

本研究旨在探讨太阳能烟囱通风量计算方法和通风效果的强化。

一、太阳能烟囱通风量计算方法太阳能烟囱通风量的计算是核心问题之一。

其计算方式可以通过以下步骤进行：1. 确定烟囱高度：烟囱高度的决定一方面与建筑的高度有关，另一方面也与环境的气候条件有关。

一般情况下，建筑高度越高，烟囱通风量越大。

2. 确定烟囱截面积：烟囱截面积是影响通风量的重要因素之一。

截面积越大，通风量越大。

通常采用烟囱截面积与建筑总楼层面积之比进行计算。

3. 考虑烟囱效应：烟囱效应是指由于烟囱内部温度的差异而产生的气流驱动力。

在计算烟囱通风量时，需要考虑这一因素，通常通过差压计算烟囱效应。

4. 考虑热量损失：在计算通风量时，还需要考虑烟囱的热量损失。

烟囱的热量损失与烟囱内外温度差、烟囱壁材质等因素有关。

通常采用热量传递公式进行计算。

二、通风效果的强化研究1. 优化烟囱结构：通过优化烟囱的形状、尺寸和材质，可以增强其通风效果。

烟囱底部的进风口设计合理、截面积适当，能够提高烟囱的通风效果。

2. 多烟囱通风系统：采用多烟囱通风系统可以增加通风量，提高室内空气的流动。

多烟囱通风系统需要进行合理的布局，考虑到建筑的形状、环境条件等因素。

3. 太阳能辅助：通过利用太阳能来驱动烟囱通风系统，可以增加通风量，提高通风效果。

太阳能板的设置和面积的确定需要根据太阳辐射量、建筑朝向等因素进行合理配置。

4. 增加通风口：增加建筑内的通风口数量和面积，能够增强烟囱通风效果。

通风口的设置需要考虑到室内空气的需求，并保证宽度适当，以降低通风阻力。

结论：本研究通过探索太阳能烟囱通风量计算方法和通风效果的强化，为建筑设计中的通风问题提供了一些有益的思考。