收稿日期：2021-12-09

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自然基金（2021LHMS05007）；風(fēng)能太陽能利用技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（2019-2021）；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)博士基金

（BS201933）；內(nèi)蒙古自治區(qū)重大專項(xiàng)（2019ZD0014）

通信作者：聶 晶（1972—），女，博士、副教授，主要從事新能源利用技術(shù)方面的研究。n.j502@163.com

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1514 文章編號：0254-0096（2023）04-0499-07

摘 要：為提高太陽能煙囪集熱系統(tǒng)（SCHCS）效率，提出在集熱棚入口增設(shè)透明擋板優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。采用三維數(shù)值模擬結(jié)合離散縱坐標(biāo)（DO）輻射模型、太陽光線追蹤對集熱棚入口無擋板、一層擋板、兩層擋板3種模型對比研究。采用相同模型尺寸的SCHCS試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證仿真結(jié)果正確性。對比分析3種模型對SCHCS溫度、速度、壓力、熵產(chǎn)、集熱效率性能參數(shù)影響結(jié)果，選取更合適的集熱棚優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明：與無擋板集熱棚入口相比，改變集熱棚入口設(shè)計(jì)可提高SCHCS溫度場、壓力場、速度場的均勻性。與一層擋板相比，兩層擋板更好地改善了系統(tǒng)溫度、壓力、速度均勻性。太陽輻照度為200 W/m2時，兩層擋板的集熱效率比無擋板和一層擋板分別高8.49%、22.85%；太陽輻照度為1000 W/m2時，兩層擋板的集熱效率比無擋板和一層擋板分別高9.71%、13.05%。

關(guān)鍵詞：太陽能煙囪；集熱系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；集熱效率

中圖分類號：TK514 """"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

太陽能煙囪熱利用技術(shù)被Pasumarthi等［1］證明具有可行性。1981年，Haaf等［2］在西班牙Manzanares建造了第一個太陽能煙囪試驗(yàn)電廠。2010年，魏毅立等［3］在內(nèi)蒙古烏海沙漠地區(qū)建立了一個太陽能上升氣流發(fā)電廠。

研究發(fā)現(xiàn)太陽輻射［4］和環(huán)境側(cè)風(fēng)［5］對太陽能煙囪集熱系統(tǒng)（solar chimney heat collection system，SCHCS）集熱性能有重大影響，針對環(huán)境側(cè)風(fēng)對SCHCS的影響，研究人員提出不同的優(yōu)化方案。文獻(xiàn)［6-11］對在太陽能煙囪系統(tǒng)集熱棚內(nèi)部添加擋板的類型、數(shù)量等進(jìn)行研究，達(dá)到降低環(huán)境側(cè)風(fēng)條件下的熱空氣流失量，提高系統(tǒng)發(fā)電量的目的，還可依靠擋板使進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部風(fēng)能得到利用。文獻(xiàn)［12-13］提出在太陽能煙囪系統(tǒng)集熱棚入口外部幾米遠(yuǎn)添加擋板，可降低強(qiáng)環(huán)境側(cè)風(fēng)對系統(tǒng)性能的負(fù)面影響，提高系統(tǒng)功率輸出。

根據(jù)相關(guān)太陽能煙囪集熱系統(tǒng)添加擋板研究，結(jié)合呼和浩特地區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)，為減少太陽輻射、環(huán)境側(cè)風(fēng)等對集熱棚入口產(chǎn)生直接負(fù)面影響，提高SCHCS效率，本文針對小型SCHCS提出在集熱棚入口增設(shè)透明擋板優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。數(shù)值模擬對比有無擋板時SCHCS溫度、速度、壓力、熵產(chǎn)、集熱效率性能變化，分析在集熱棚入口添加擋板對SCHCS的改善效果。對不同擋板數(shù)量SCHCS性能進(jìn)行比較，確定最佳擋板數(shù)量，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性，以期為SCHCS結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。

1 理論模型

1.1 太陽能煙囪集熱系統(tǒng)原理

太陽能煙囪集熱系統(tǒng)由太陽能集熱棚、蓄熱層、煙囪和渦輪機(jī)4個主要部件組成，如圖1所示。太陽輻射通過集熱棚傳輸并被蓄熱層表面吸收，加熱進(jìn)入集熱棚內(nèi)的空氣，在煙囪中產(chǎn)生浮力，氣流連續(xù)上升，推動位于煙囪底部的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

以西班牙Manzanares電站為原型，基于相似原理滿足幾何相似和運(yùn)動相似建立物理模型并在呼和浩特市搭建試驗(yàn)臺架，根據(jù)試驗(yàn)研究得出在呼和浩特地區(qū)選取集熱棚傾角為10°時，太陽能煙囪集熱系統(tǒng)溫度場分布更均勻，集熱棚出口溫度存在最大值［14］，因此集熱棚傾角選為10°。為提高太陽能煙囪集熱系統(tǒng)熱性能，提出在太陽能煙囪集熱棚入口處增設(shè)透明擋板，如圖2所示，主要組成部分及尺寸見表1。

1.2 數(shù)學(xué)模型

太陽能煙囪集熱系統(tǒng)傳熱包括傳導(dǎo)、對流和輻射。流體看作不可壓縮流體，建立穩(wěn)態(tài)條件基本控制方程組。

連續(xù)方程為：

[?ρu?x+?ρv?y+?ρw?z=0]"""" （1）

式中：[ρ]——流體密度，kg/m3；[u]——[x]方向分速度，m/s；[v]——[y]方向分速度，m/s；[w]——[z]方向分速度，m/s。

動量方程為：

[divρuU=divυgradu+Su-?p?x]""""" （2）

[divρvU=divυgradv+Sν-?p?y]""""" （3）

[divρwU=divυgradw+Sw-?p?z]""" （4）

式中：[U]——流體速度，m/s；[υ]——流體動力黏度，Pa·s；[p]——流體壓力，Pa。

[Su=??xυ?u?x+??yυ?ν?x+??zυ?w?x+??xμdivU]""""" （5）

[Sν=??xυ?u?y+??yυ?ν?y+??zυ?w?y+??yμdivU]"""""" （6）

[Sw=??xυ?u?z+??yυ?ν?z+??zυ?w?z+??zμdivU]"""""" （7）

式中：[μ]——流體分子黏度，Pa·s。

能量方程為：

[?ρuiT?xi=??xiα?T?xi]" （8）

式中：[ui]——[xi]方向的速度，m/s；[T]——溫度，K；[xi]——坐標(biāo)位置，m；[α]——熱擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。

SCHCS中空氣流動由浮升力引起，強(qiáng)度用瑞利數(shù)（[Ra]）測量。經(jīng)計(jì)算，本模型[Ra]大于108，選擇標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型描述SCHCS系統(tǒng)內(nèi)部氣流［15］。

湍流動能[k]方程為：

[?ε?xiρεui=??xjμ+μtσε?ε?xj+C1εεkGk+C3εGb-C2ερε2k]"" （9）

湍流動能ε方程為：

[?ε?xiρkui=??xjμ+μtσk?k?xj+Gk+Gb-ρε-YM]"" （10）

式中：[σk、][σε]——湍流動能和耗散率的湍流[Pr;][C1ε、][C2ε、][C3ε]——常數(shù)；[Gk]——平均速度梯度產(chǎn)生的湍流動能，J/kg；[Gb]——浮力影響產(chǎn)生的湍流動能，J/kg；[YM]——可壓縮湍流脈動膨脹對總耗散率影響；[μt]——黏性系數(shù)。

集熱效率［16］為：

[ηcoll=cpmΔTπr2cIra×100%] （11）

式中：[ηcoll]——集熱效率，%；[cp]——比熱容，J/（kg?K）；[m]——質(zhì)量流量，kg/s，[m=ρvchAch]，[vch、Ach]分別為煙囪入口速度和煙囪入口截面積；[ΔT]——空氣溫升，K；[rc]——集熱棚半徑，m；[Ira]——入射太陽輻照度，W/m2。

1.3 邊界條件

數(shù)值模擬基于以下假設(shè)：1）假設(shè)環(huán)境溫度恒定；2）忽略煙囪壁面散熱損失；3）太陽能煙囪集熱系統(tǒng)的溫差較小，采用Boussinesq近似計(jì)算浮力驅(qū)動流［17］。

使用ANSYS 2020R2有限元軟件對太陽能煙囪進(jìn)行三維穩(wěn)態(tài)模擬。為準(zhǔn)確模擬太陽輻照條件下模型的流動特性，利用Fluent 2020R2軟件中的太陽計(jì)算器并結(jié)合離散縱坐標(biāo)（discrete ordinate，DO）輻射模型、太陽射線追蹤計(jì)算呼和浩特市（東經(jīng)110°65′，北緯40°8′）輻照度值，選取2021年5—10月份呼和浩特市實(shí)際測得試驗(yàn)氣象數(shù)據(jù)，剔除壞點(diǎn)后獲得相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。邊界條件與試驗(yàn)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，如表2所示。數(shù)值模擬設(shè)置太陽輻照度值為800 W/m2，環(huán)境溫度25 ℃，環(huán)境風(fēng)速0 m/s。煙囪采用聚碳酸脂材料，集熱棚采用透光率85%的陽光板，蓄熱層為橡塑海綿材料進(jìn)行吸熱保溫，橡塑海綿對太陽輻射吸收系數(shù)為0.36。集熱棚頂部透明蓋板的對流換熱系數(shù)［18］可表示為：

[h=5.7+3.8V∞]"""" （12）

式中：[h]——對流換熱系數(shù)，W/（m2?K）；[V∞]——環(huán)境風(fēng)速，m/s。

2 模型驗(yàn)證

2.1 網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證

通過ANSYS 軟件中Mesh單元對建立的幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格的劃分。在單元中選取模型各部分實(shí)體設(shè)定網(wǎng)格劃分形式為四面體網(wǎng)格，對各表面進(jìn)行命名。經(jīng)過網(wǎng)格優(yōu)化，對煙囪部分進(jìn)行網(wǎng)格局部細(xì)化，網(wǎng)格尺寸設(shè)置為0.01 m，集熱棚和蓄熱層網(wǎng)格尺寸設(shè)置為0.03 m。最終網(wǎng)格元素質(zhì)量平均值為0.83892，網(wǎng)格偏斜平均值為0.22536，網(wǎng)格正交質(zhì)量平均值為0.77292?？紤]太陽能煙囪集熱系統(tǒng)集熱棚出口流體速度和溫度對各種類型網(wǎng)格獨(dú)立性確定網(wǎng)格數(shù)量。圖3為網(wǎng)格獨(dú)立性，確定計(jì)算網(wǎng)格數(shù)量為782239。

計(jì)算流體動力學(xué)（computational fluid dynamics，CFD）計(jì)算模型采用SIMPLE算法進(jìn)行求解。能量殘差值降到10-6，其他變量殘差值降到10-3。同時選取煙囪入口速度為監(jiān)測點(diǎn)，數(shù)值模擬計(jì)算1500步，監(jiān)測點(diǎn)不隨迭代發(fā)生變化，則認(rèn)為計(jì)算收斂。

2.2 數(shù)值模擬驗(yàn)證

在呼和浩特市（東經(jīng)110°～112°，北緯40°～41°）內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一個小尺寸的太陽能煙囪試驗(yàn)裝置。該裝置以西班牙Manzanares電廠為原型，根據(jù)相似原理，滿足幾何相似和運(yùn)動學(xué)相似建立物理模型。根據(jù)前期試驗(yàn)研究，呼和浩特地區(qū)集熱棚傾角為10°時，太陽能煙囪集熱系統(tǒng)溫度場分布更均勻，集熱棚出口溫度存在最大值［14］。故采用10°傾斜角的集熱棚進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與分析。試驗(yàn)臺架及測量儀器如圖4所示。氣象測試系統(tǒng)采用BSRN3000輻射觀測系統(tǒng)，每60秒采集一次數(shù)據(jù)［14］。記錄太陽總輻射、直接輻射、散射輻射、風(fēng)速風(fēng)向等環(huán)境氣象數(shù)據(jù)。溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由進(jìn)口貼片PT100鉑電阻片溫度傳感器和TOPRIE TP-700多路數(shù)據(jù)采集儀組成，每60秒采集一次數(shù)據(jù)。煙囪入口處速度通過AS856S手持葉輪高精度分體式風(fēng)速儀對煙囪入口處速度進(jìn)行多點(diǎn)多批次速度測量獲得整個截面的平均流速［14］，與筆記本電腦USB接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存功能。

太陽能煙囪試驗(yàn)系統(tǒng)搭建在室外環(huán)境，測試條件受外界非穩(wěn)態(tài)環(huán)境因素影響較大。根據(jù)呼和浩特地區(qū)風(fēng)速風(fēng)向玫瑰圖，4—9月份環(huán)境風(fēng)速在0～4 m/s區(qū)間出現(xiàn)概率較大［19］。因此，試驗(yàn)選為2021年4—9月份室外氣候條件基本穩(wěn)定下對各種天氣情況進(jìn)行測試。選取測試環(huán)境溫度及太陽輻射相似的實(shí)驗(yàn)天氣進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與分析。

通過與呼和浩特試驗(yàn)臺架測試數(shù)據(jù)對比，驗(yàn)證數(shù)值模擬的正確性。仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比如圖5所示。圖5a為沿集熱棚直徑蓄熱層流體溫度分布，仿真和試驗(yàn)平均相對誤差為1.62%，圖5b為沿集熱棚直徑集熱棚流體溫度分布，仿真和試驗(yàn)平均相對誤差為1.81%。由于試驗(yàn)系統(tǒng)入口支架吸收熱量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)測得的集熱棚和蓄熱層流體入口溫度高于仿真結(jié)果。圖5c為模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的集熱效率和質(zhì)量流量對比。其中太陽能煙囪數(shù)值仿真和試驗(yàn)的集熱效率分別為7.27%、6.84%，誤差為6.29%；仿真和試驗(yàn)的質(zhì)量流量分別為0.0331和0.0270 kg/s，誤差為22.59%。由于試驗(yàn)時集熱棚入口金屬支架吸收太陽輻射具有一定熱量，導(dǎo)致實(shí)際試驗(yàn)工況下獲得的溫差比數(shù)值模擬高，煙囪入口速度比數(shù)值模擬低，質(zhì)量流量誤差較大。但仿真結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的蓄熱層溫度和集熱棚溫度的平均相對誤差低于2%，集熱效率相對誤差低于10%。數(shù)值模擬方法能夠估計(jì)太陽能煙囪集熱系統(tǒng)氣流特性。

3 結(jié)果與討論

3.1 溫 度

無擋板、一層擋板、兩層擋板3種模型流體蓄熱層溫度云圖如圖6所示。中間垂直向上的圓柱體為煙囪，底部為蓄熱層溫度分布，圖6a、圖6b、圖6c中外部一圈低溫區(qū)域分別為無擋板煙囪入口、一層擋板入口、兩層擋板入口。從圖6可看出，蓄熱層沿[x]軸負(fù)方向區(qū)域有一條明顯

的低溫分布，即太陽光束被煙囪遮擋投射到蓄熱層的陰影部分。

圖7為無擋板、一層擋板、兩層擋板3種模型沿集熱棚直徑蓄熱層流體溫度分布。沿集熱棚直徑[x]軸-2～-0.5 m處受煙囪陰影遮擋影響，太陽能煙囪集熱系統(tǒng)蓄熱層溫度呈先上升后下降的趨勢。在集熱棚直徑x軸-0.5 m之后蓄熱層不受煙囪陰影遮擋，溫度上升明顯。無擋板和兩層擋板在系統(tǒng)中心處蓄熱層溫度達(dá)到最大，分別為327.56和328.43 K，一層擋板蓄熱層最大溫度出現(xiàn)在系統(tǒng)中心偏[x]軸負(fù)方向，為329.9 K。沿集熱棚直徑[x]軸正方向，無煙囪陰影遮擋影響，無擋板、一層擋板、兩層擋板3種模型蓄熱層溫度無波動變化，均勻緩慢下降。

3.2 速 度

無擋板、一層擋板、兩層擋板3種模型沿?zé)焽韪叨确较蛄黧w速度分布如圖8所示，圖8a為沿?zé)焽韪叨认到y(tǒng)流體速度分布，圖8b為沿?zé)焽枞肟谥睆较到y(tǒng)流體速度分布。圖8a中流體速度沿?zé)焽韪叨认仍龃蠛笃骄徬陆担瑹焽韪叨?.5 m處為煙囪入口，由于噴嘴效應(yīng)，速度急劇增大。無擋板、一層擋板、兩層擋板沿?zé)焽韪叨攘黧w最大速度分別為2.27、2.32和2.39 m/s。兩層擋板沿?zé)焽韪叨攘黧w最大速度大于一層擋板和無擋板。圖8b中流體速度沿?zé)焽枞肟谥睆较燃眲≡龃蠛笞兤骄?，最后急劇減小，整體趨勢沿?zé)焽枞肟谥睆街行某蕦ΨQ分布。流體流過突然縮小的過流斷面時，流速突然增大，最大流體速度出現(xiàn)在煙囪入口、煙囪 m處，無擋板、一層擋板、兩層擋板沿?zé)焽枞肟谥睆搅黧w最大速度分別為2.12、2.22、2.33 m/s。

3.3 壓 力

無擋板、一層擋板、兩層擋板3種模型太陽能煙囪集熱系統(tǒng)在集熱棚入口0.5 m沿集熱棚直徑流體壓力分布如圖9所示。沿集熱棚直徑流體壓力先增大，在煙囪入口處壓力先減小后增大，最后減小，流體壓力整體沿集熱棚直徑呈對稱分布。無擋板、一層擋板、兩層擋板3種模型集熱棚中心處流體壓力分別為0.016、0.028和0.044 Pa，靠近煙囪入口壁面處壓力分別為0.381、0.408和0.447 Pa，壓差分別為0.365、0.380和0.403 Pa。一層擋板和兩層擋板的壓差分別比無擋板高4.11%、10.41%。

壓力分布

3.4 熵 產(chǎn)

蓄熱層和流動空氣之間存在熱梯度，使流體處于非平衡狀態(tài)，導(dǎo)致太陽能煙囪集熱系統(tǒng)中的熵產(chǎn)生［19］。無擋板、一層擋板、兩層擋板3種模型太陽能煙囪集熱系統(tǒng)在集熱棚入口0.5 m處沿集熱棚直徑熵產(chǎn)分布如圖10所示。由于添加擋板增大了集熱棚入口輻射換熱面積，一層擋板和兩層擋板集熱棚入口0.5 m處流體熵產(chǎn)比無擋板分別高0.83和1.01 W/K。太陽能煙囪集熱系統(tǒng)沿集熱棚直徑，流體與蓄熱層表面進(jìn)行對流換熱，存在熱梯度，集熱棚流體熵產(chǎn)逐漸增大?？拷療崤镏行奶?，由于煙囪入口面積減小產(chǎn)生抽吸力，集熱棚中心流體熵產(chǎn)出現(xiàn)先下降后增大的趨勢。一層擋板和兩層擋板集熱棚中心處熵產(chǎn)比無擋板分別高2.02和1.19 W/K。

3.5 集熱效率

無擋板、一層擋板、兩層擋板3種模型集熱效率隨太陽輻射變化如圖11所示。兩層擋板的集熱效率高于無擋板和一層擋板。太陽輻照度為200 W/m2時，兩層擋板的集熱效率比無擋板和一層擋板分別高8.49%、22.85%。太陽輻照度為800 W/m2時，無擋板和一層擋板的集熱效率有小幅增大的趨勢。太陽輻照度從700 W/m2增至800 W/m2時，無擋板、一層擋板、兩層擋板的集熱效率分別增長9.56%、3.82%、4.35%。太陽輻照度大于800 W/m2時，由于無擋板的系統(tǒng)溫升隨太陽輻射增大的上升范圍小于有擋板的系統(tǒng)溫升，所以無擋板的集熱效率緩慢下降。太陽輻照度為1000 W/m2時，兩層擋板的集熱效率比無擋板和一層擋板分別高9.71%、13.05%。

4 結(jié) 論

通過采用無擋板、一層擋板、兩層擋板3種模型對小尺寸太陽能煙囪集熱系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)和三維數(shù)值模擬，對比分析3種模型流體溫度、速度、壓力、熵產(chǎn)、集熱效率，得出如下主要結(jié)論：

1）增設(shè)擋板后集熱棚入口輻射換熱面積增大，太陽能煙囪集熱系統(tǒng)溫度增大。兩層擋板的空氣流動速度增大導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部有一定熱量散失，使兩層擋板的流體溫度、熵產(chǎn)低于一層擋板。

2）一層擋板和兩層擋板的煙囪入口最大速度分別比無擋板高2.2%、5.29%。兩層擋板的入口高度比一層擋板低，入口阻力更大，導(dǎo)致兩層擋板入口更多的湍動能產(chǎn)生，兩層擋板的太陽能煙囪空氣流動速度大于一層擋板。

3）煙囪陰影的影響不容忽略。根據(jù)無擋板、一層擋板、兩層擋板3種模型沿集熱棚直徑的蓄熱層溫度分布，可看到沿集熱棚直徑x軸-0.5 m處煙囪陰影直接導(dǎo)致陰影區(qū)域的溫度突然下降，陰影區(qū)域的溫度低于相鄰區(qū)域的溫度。

4）無擋板、一層擋板、兩層擋板3種模型集熱效率隨太陽輻照度增強(qiáng)而增大。太陽輻照度大于800 W/m2時，由于無擋板的系統(tǒng)溫升隨太陽輻照度增大的上升范圍小于有擋板的系統(tǒng)溫升，所以無擋板的集熱效率緩慢下降。太陽輻照度為1000 W/m2時，兩層擋板的集熱效率比無擋板和一層擋板分別高9.71%、13.05%。

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STUDY ON THERMAL CHARACTERISTICS OF ADDING BAFFLE AT ENTRANCE OF SOLAR CHIMNEY COLLECTOR

Wang Jingwen1，Nie Jing1，2，Jia Jing1，Yan Suying1，2，Su Hao1，Gao Hong1，2

（1. College of Energy and Power Engineering， Inner Mongolia University of Technology， Hohhot 010051， China；

2. Inner Mongolia Key Laboratory of Renewable Energy， Hohhot 010051， China）

Abstract：In order to improve the efficiency of solar chimney heat collection system （SCHCS）， an optimized design scheme of adding transparent baffle at the entrance of collector was proposed. Three-dimensional numerical simulation combined with discrete ordinate （DO） radiation model and solar ray tracing were used to make a comparative study on the three models of without baffle， with one baffle and with two baffles at the entrance of collector. SCHCS such as test results with the same model size were used to verify the correctness of the simulation results. The effects of the three models on SCHCS temperature， speed， pressure， entropy production and heat collection efficiency were compared and analyzed， and a more appropriateoptimal design of heat collection shed was selected. The results show that the uniformity of temperature field， pressure field and velocity field of SCHCS can be improved by changing the design of collector entrance compared with no baffle. Compared with one baffle， two baffles can better improve the uniformity of temperature， pressure and velocity of the system. When the solar radiation is 200 W/m2， the heat collection efficiency of two-layer baffle is 8.49% and 22.85% higher than that of non-baffle and one-layer baffle respectively. When the solar radiation is 1000 W/m2， the heat collection efficiency of two-layer baffle is 9.71% and 13.05% higher than that of non-baffle and one-layer baffle respectively.

Keywords：solar chimney； heat collecting system； structural optimization； heat collection efficiency