家用太阳能热水器热性能数值仿真与测试系统设计

【摘要】：热性能是衡量家用太阳能热水器质量优劣的重要指标,通过对热性能进行测试与分析对提高太阳能热水器的能量转化率具有十分重要的意义。传统的热性能研究方法以实验分析为主,然而该方法容易受到环境条件的制约,而且无法获得热水器内能量传递薄弱环节以及热水器内流体介质的分布规律;此外,随着家用太阳能热水器的迅速发展,国家太阳能热利用产品质量监督检验中心接受家用太阳能热水器等产品委托检验的数量逐年增加,而现有热水器热性能测试系统多是单工位的,存在效率低、自动化水平不足等问题。为此,本论文提出结合测试标准,使用计算机流体力学软件对家用太阳能热水器热性能试验进行数值仿真研究,在此基础上设计了一套多工位的家用太阳能热水器测试系统。(1)基于有限元仿真软件Fluent模拟了家用太阳能热水器热性能实验,揭示了能量在热水器内的传递规律。发现在日有用得热量和贮热水箱热损因素实验后,热水器贮热水箱内会形成温度分层,为热性能测试系统设计提供了依据。(2)仿真研究了试验条件对家用太阳能热水器热性能的影响。结果表明,日辐照量的增加会引起日有用得热量的增加;相比于标准中规定的17MJ/m2,当日辐照量为15MJ/m2时,系统日有用得热量相差1.2%;对不同初始温度下的热损实验仿真研究表明,贮热水箱初始温度对平均热损因数影响较小;为标准的改进提供了参考。(3)结合仿真结果,设计了家用太阳能热水器热性能测试系统,系统能够同时完成多个工位的热水器热性能测试。针对热性能测试需求设计了合理的管路以及测控系统。(4)完成了家用太阳能热水器热性能测试系统软件的编写。利用LabVIEW实现了包括温度与流量的测量以及控制、网络通讯、试验程序以及数据库等功能。经验证测试系统可以很好的满足热性能测试需求。 【关键词】：家用太阳能热水器 日有用得热量 数值模拟 测试系统
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK515
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-16
• 1.1 课题的来源8
• 1.2 课题研究背景及意义8-9
• 1.3 国内外研究现状9-14
• 1.3.1 标准研究现状9-12
• 1.3.2 测试系统及实验条件研究12-13
• 1.3.3 热效能仿真研究13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 第2章 热性能仿真研究16-36
• 2.1 热性能指标16-18
• 2.2 有限元仿真18-26
• 2.2.1 Fluent简介18-19
• 2.2.2 有限元模型建立19-20
• 2.2.3 网格划分20
• 2.2.4 求解模型选择20-23
• 2.2.5 材料属性设置23
• 2.2.6 离散项设置23-24
• 2.2.7 独立性验证24-26
• 2.3 热性能试验流场及温度场26-32
• 2.3.1 载荷及边界条件设置26-27
• 2.3.2 日有用得热量实验结果27-30
• 2.3.3 热损试验实验结果30-32
• 2.4 热性能实验条件仿真研究32-35
• 2.4.1 辐照量对日有用得热量的影响32-34
• 2.4.2 初始温度对热损因素的影响34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 热性能测试系统总体设计36-51
• 3.1 测试系统总体设计要求36-37
• 3.2 测试系统管路设计37-40
• 3.2.1 供水管路系统38-39
• 3.2.2 试验管路系统39-40
• 3.3 测控系统组成40-50
• 3.3.1 温度测量和控制系统41-48
• 3.3.2 流量测量和控制48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 热性能测试系统软件设计51-59
• 4.1 软件需求分析51
• 4.2 网络通信子VI设计51-53
• 4.3 实验程序设计53-56
• 4.3.1 日有用得热量实验53-55
• 4.3.2 贮热水箱平均热损系数子VI55-56
• 4.4 数据库软件子VI56-58
• 4.5 试验数据描述58
• 4.6 本章小结58-59
• 第5章 总结及展望59-61
• 5.1 全文总结59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64

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