平板型太阳能热水器储热水箱蓄热阶段的数值模拟研究

【摘要】：由于太阳辐射的不稳定性以及太阳辐射与用热负荷的不一致性，蓄热装置是太阳能热水系统中的一个必备部件。太阳能热水器在储热阶段下，储热水箱能够储存多少的有用热量是衡量其设计优劣的重要因素。良好的贮热水箱设计既能降低集热器进口温度，提高集热器效率；又能增加可被利用的热水量。 为了分析温度分层度这一参数，本文选用了我国南方地区普遍使用的家用太阳能热水系统的几种水箱作为模型，采用试验、数值模拟相结合的方法对储热水箱进行了研究。本文根据实际生活中水箱的种类及结构，研究了太阳能在储热阶段储热水箱内的温度分布及冷热水掺混情况。建立了包括控制方程、边界条件、水的物性参数在内的数学模型，分析了各种流速时储热水箱内的掺混程度及温度分层度，为实际工程应用提供了坚实的理论基础。 本文研究内容如下： 首先，在相同循环流量下，对不同上循环管高度的储热水箱蓄热阶段进行试验，测得水箱下循环管口出水温度。分析试验结果发现：上循环管高度越高，下循环管出口温度开始升温的时间越晚，且最终出口温度越高。 其次，利用数值模拟方法对相同尺寸、相同结构的储热水箱作了对比分析。发现模拟的下循环管出口温度曲线与试验的趋势一致，证明建立的模型可用于此类储热水箱的模拟研究。 再次，对常见的循环管位于底部与侧面的储热水箱结果进行了不同循环管高度与不同上循环管流量下的数值模拟研究，并对循环管位于侧面的储热水箱循环管同异侧结构下水箱内的温度场进行分析，得到水箱内的温度分布及分层情况，并采用了无量纲□参数定量化分析了水箱的温度分层度。研究表明，相同工况下，循环管位于底部的储热水箱混水特性优于循环管位于侧面式的水箱；储热水箱上循环管高度越高，水箱内无量纲火用值越小，水箱分层度越高；随着入口流速的增加，水箱内的冷热水掺混程度增加，尤其当上循环管入口流体流动处于湍流状态时，水箱内的冷热水掺混程度较层流状态下的冷热水掺混情况加剧。循环管同异侧结构对储热水箱内部温度分层影响不大。 最后，本文比较普通管口、变管径管口与楔形管口三种上循环管管口形状下的水箱混水特性，普通管口下的水箱混水特性最优，变管径管口与楔形管口并未对水箱混水特性起到改善作用。 【关键词】：储热水箱 三维数值模拟 混水特性 温度分层 无量纲火用
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S214.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11
• 1.2 研究现状11-13
• 1.3 本文工作13-16
• 1.3.1 研究对象和内容13-14
• 1.3.2 研究方法14
• 1.3.3 创新点14-16
• 第2章 储热水箱热性能及其评价参数16-22
• 2.1 影响储热水箱特性的参数16-18
• 2.1.1 储热水箱的高宽比16
• 2.1.2 出水口与入水口的位置16-17
• 2.1.3 入水口雷诺数17
• 2.1.4 储热水箱保温性能17
• 2.1.5 进水口结构17-18
• 2.2 储热水箱温度分层的量化18-22
• 第3章 数值模拟研究方法22-34
• 3.1 数值模拟软件介绍22-23
• 3.2 物理模型及网格划分23-25
• 3.2.1 物理模型的建立23-24
• 3.2.2 网格划分24-25
• 3.3 计算模型和求解方法25-28
• 3.3.1 模型的简化与假设25
• 3.3.2 控制方程[43]25-26
• 3.3.3 流动状态26-27
• 3.3.4 湍流模型27-28
• 3.4 FLUENT 参数设置28-34
• 3.4.1 求解器及求解模型设置28-29
• 3.4.2 流体及材料物性设置29-30
• 3.4.3 边界条件设置30-31
• 3.4.4 离散项设置31
• 3.4.5 亚松弛因子设置31
• 3.4.6 残差设置31-32
• 3.4.7 初始化设置32
• 3.4.8 迭代设置32-34
• 第4章 数值模拟结果验证34-41
• 4.1 网格独立性验证34-35
• 4.2 时间步长独立性验证35
• 4.3 试验验证35-41
• 4.3.1 试验装置及测试仪器36-37
• 4.3.2 试验方案37-41
• 第5章 数值模拟结果分析41-67
• 5.1 循环管位置对水箱内温度分层的影响41-49
• 5.1.1 循环管位于底部的储热水箱41-43
• 5.1.2 循环管位于侧面的储热水箱43-45
• 5.1.3 两种循环管插入方式对比45-49
• 5.2 上循环管高度对水箱内温度分层的影响49-54
• 5.2.1 循环管位于底部的储热水箱不同循环管高度49-51
• 5.2.2 循环管位于侧面的储热水箱不同循环管高度51-54
• 5.2.3 不同高度循环管高度对比54
• 5.3 循环管流量对水箱内温度分层的影响54-61
• 5.3.1 循环管位于底部的储热水箱不同循环管流量54-57
• 5.3.2 循环管位于侧面的储热水箱不同循环管流量57-60
• 5.3.3 不同循环管入口流量对比60-61
• 5.4 对水箱内温度分层的影响循环管同异侧61-63
• 5.5 循环管管口形状对水箱内温度分层的影响63-67
• 5.5.1 循环管位于底部的储热水箱管口形状改变64-65
• 5.5.2 循环管位于侧面的储热水箱管口形状改变65-67
• 第6章 全文总结与展望67-69
• 6.1 本文总结67-68
• 6.2 对未来工作的展望68-69
• 参考文献69-72
• 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果72-73
• 致谢73

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

搪瓷储热水箱迎来过剩大考    本报记者 陈娟

迈能高科 推行“26万次”企业标准    本报记者 李静华

迈能“三五”规划推动节能    本报记者 陈娟

朱庆国：操盘迈能“英特尔”战略    见习记者 焦玲玲

创26万次耐压疲劳测试新纪录    记者吴跃 刘荣慧

太阳能地面供暖系统    发明人 桂正虎　桂正茂

集中—分散供热水系统：高层住宅太阳能利用的新途径    北京市太阳能研究所 何梓年

迈能开启太阳能行业新篇    本报记者 范建 通讯员 刘翠珍

江苏迈能高科技有限公司董事长朱庆国:“26万次品质验证”助推建筑节能    焦玲玲

四季沐歌破解跨季节采暖难题    记者 周莹

分层储热水箱设计及其对太阳能集热器效率的影响研究    陈丹丹

平板型太阳能热水器储热水箱蓄热阶段的数值模拟研究    杨静芸

基于CFD的太阳能分层加热储热水箱优化研究    蔡文玉

小型太阳能跨季节储热特性研究    秦迪