环路热管太阳能平板热水墙传热特性研究

【摘要】：基于环路热管技术和太阳能热水系统相关理论及实验研究,本文研究一种利用环路热管技术、双层真空玻璃平板及吸热热管的环路热管太阳能平板热水墙系统,本系统环路热管内工质水在热管空腔内吸热蒸发,冷凝回流到热管壁的吸液芯处,蒸发冷凝互不干扰,独特的设计可以有效减少接触热阻。本系统构造简单、美观,并且耗材少、安装步骤简单方便,可解决现有太阳能在安装及操作方面存在的安装程序繁琐、操作复杂等诸多问题。除此之外,本系统有减少系统热损失、提高太阳能转化效率等优点,有助于解决传统太阳能系统存在的冬季管道易冻结、热量不均匀等问题。同时,这一系统的吸热热管可与阳台墙面紧密接触,在保证建筑美观性的基础上,实现真正的系统结构与建筑一体化。本项目完成该环路热管太阳能平板热水墙的研究开发,并对其的传热特性进行分析。通过对本系统搭建实验平台,对其进行实验测试,获得其在不同模拟辐射强度下的系统温度参数,通过对实验数据分析获得该系统的基础数据；建立理论分析模型,对本系统进行数值模拟计算,分析该系统的传热特性,并对其进行经济和环境效益评价,为建筑太阳能热水供给制定切实可行的路径。本文获得的主要结果如下：(1)本系统在各个模拟辐射强度下系统内各模块温度的变化趋势基本一致,且温度随着辐射强度的增加而增加。水箱在低模拟辐射强度下最终达到的温度为37℃,在高模拟辐射强度下最终达到的温度为61℃C,基本满足日常生活用热水的需要。该太阳能实验系统的瞬时效率与归一化温差的负相关效果较强,回归效果较好,当模拟辐射强度为150W/m2时,最大瞬时效率为65%；当模拟辐射强度为300W/m2时,热损失系数最小,为8439W/(℃·m2)。(2)本环路热管太阳能平板热水墙系统的理论温度随着模拟辐射强度的增加而增加,最高理论水温为65.5℃。根据理论分析与实验测试的结果对比,其误差在10%以内,说明本系统的运行基本符合实际测试情况。(3)通过将本环路热管太阳能平板热水墙系统与燃气热水器系统、电热水器系统的经济效益进行对比分析,可以看出,在使用寿命期内,此太阳能热水系统比燃气热水系统每年节省984.37元,比电热水系统每年节省1224.81元,具有较好的经济优势；通过对本环路热管太阳能平板热水墙系统的环境效益进行评价,对比于其他两种热水系统,可以有效的减少二氧化碳、二氧化硫、粉尘以及氮氧化物等污染物的排放,既利用了可再生能源,又保护了自然环境。 【关键词】：太阳能 平板 环路热管(LHP) 真空玻璃 性能
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU822
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 太阳能热水系统研究现状14-17
• 1.2.2 环路热管技术研究现状17-18
• 1.3 主要研究内容18-20
• 第二章 系统描述20-23
• 2.1 结构形式20-21
• 2.2 工作原理21-22
• 2.3 优点与创新22-23
• 第三章 实验平台搭建与测试23-33
• 3.1 实验测试系统23-25
• 3.2 实验平台搭建25-26
• 3.3 实验测点布置26-29
• 3.4 实验测试方法29-30
• 3.5 实验测试仪器与设备30-32
• 3.6 实验测试误差分析32
• 3.7 本章小结32-33
• 第四章 实验测试数据分析33-42
• 4.1 实验数据整理33
• 4.2 各组成模块温度变化规律分析33-36
• 4.3 瞬时效率分析36-38
• 4.4 瞬时效率的归一化处理38-40
• 4.5 本章小结40-42
• 第五章 理论模型建立及分析42-53
• 5.1 系统传热过程分析42-48
• 5.1.1 玻璃板热平衡方程分析43-44
• 5.1.2 吸热表面热平衡方程分析44-48
• 5.2 数值模拟计算分析48-52
• 5.3 本章小结52-53
• 第六章 经济与环境效益评价53-63
• 6.1 经济效益评价53-59
• 6.1.1 经济效益评价指标54
• 6.1.2 系统计算参数的确定54-56
• 6.1.3 系统经济分析56-59
• 6.2 环境效益评价59-62
• 6.3 本章小结62-63
• 结论与建议63-65
• 结论63-64
• 建议64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文69-70
• 攻读硕士学位期间获得的专利70-72
• 致谢72

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