基于CFD的太阳能分层加热储热水箱优化研究

【摘要】：太阳能热水系统节能、安全、环保,是应用最广泛的清洁能源热水系统之一,作为储热装置的储热水箱设计对太阳能热水系统的工作效率有很大的影响。目前市场上的电辅助太阳能热水系统经常会有加热过多的水,而造成能源浪费的现象。为了解决这一问题,本文基于计算流体力学(CFD)模拟优化一种太阳能分层加热储热水箱,期望达到按照需要热水量进行加热的目的。 本文采用计算流体力学技术对储热水箱内的流场进行计算模拟。在模拟过程中,用GAMBIT以及Ansys ICEM软件对计算区域生成计算网格,选择层流模型对其进行非稳态数值模拟分析。影响储热水箱分层加热的主要有四个因素：从加热水箱导入到储热水箱的热水的温度(T),热水导管的直径(D)和高度(H),电加热器的功率(P)。根据模拟结果,搭建试验平台,验证计算模拟的正确性。对水箱内流场进行正交模拟分析,并定义了热量输入利用率η来判断储热水箱的分层加热效果的优劣。通过结果分析得到以下结论： 1、新型储热水箱能够实现分层加热,按需水量进行加热的目的。 2、通过二维模拟,可知新型分层加热储热水箱中的热水导管的高度是影响储热水箱分层加热的关键因素。对于高1600mm,直径360mm的水箱,最佳的导管高度为1200mm；热水从加热水箱流到储热水箱的速度应≥0.012m/s,否则储热水箱内容易出现冷热水混乱严重的现象；16组模拟中,当T=333K, D=32mm, H=1200mm, P=2kW时,储热水箱内温度分层明显,热量输入利用率η最高。 3、将试验结果与模拟结果相对比,二者之间具有较好的一致性,一定程度上验证了模拟的正确性。基于CFD模拟分析储热水箱的流场,对储热水箱的设计有一定的指导性意义。 【关键词】：太阳能 储热水箱 CFD 分层加热 温度场
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S214.2
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 概述12-13
• 1.2 太阳能储热水箱的研究现状13-16
• 1.2.1 太阳能储热水箱的水温分层研究13-14
• 1.2.2 太阳能储热水箱的分层加热研究14-16
• 1.3 主要研究内容与目标16-17
• 1.3.1 研究内容16
• 1.3.2 研究目标16-17
• 1.4 研究的技术路线及设备17-18
• 1.4.1 技术路线17
• 1.4.2 研究设备17-18
• 第2章 计算流体力学理论基础18-25
• 2.1 计算流体力学(CFD)概述18
• 2.2 计算流体力学的思想18
• 2.3 计算流体力学的特点18-19
• 2.4 对控制方程的离散方法19-20
• 2.4.1 概述19
• 2.4.2 有限体积法19-20
• 2.5 湍流数值模拟方法20-21
• 2.6 湍流模型21-22
• 2.7 区域离散22-25
• 2.7.1 网格类型23-24
• 2.7.2 生成网格的类型24-25
• 第3章 新型分层加热储热水箱设计25-29
• 3.1 新型太阳能分层加热储热水箱设计25-26
• 3.2 不同热源新型储热水箱设计26-29
• 第4章 储热水箱数值模拟29-47
• 4.1 横拟的目的与计算软件的选择29
• 4.2 储热水箱的物理模型建立与网格划分29-33
• 4.2.1 定义物理模型29-31
• 4.2.2 模型的简化与假设31-32
• 4.2.3 模型网格划分32-33
• 4.3 计算模型的选择与设置33-36
• 4.3.1 求解器和计算模型33-34
• 4.3.2 材料特性34
• 4.3.3 运行条件34
• 4.3.4 边界条件34
• 4.3.5 控制条件34-35
• 4.3.6 亚松弛因子设置35
• 4.3.7 初始化设置35
• 4.3.8 残差设置35
• 4.3.9 迭代设置35-36
• 4.4 计算结果与分析36-47
• 4.4.1 典型的流场类型36-42
• 4.4.2 四组水温分层明显的储热水箱42-47
• 第5章 储热水箱的三维模拟及试验验证47-57
• 5.1 模型网格划分47-48
• 5.2 计算设置48-50
• 5.2.1 求解器和计算模型48
• 5.2.2 材料特性48
• 5.2.3 运行条件48
• 5.2.4 边界条件48-49
• 5.2.5 控制条件49-50
• 5.3 计算结果与分析50-52
• 5.4 试验验证52-57
• 5.4.1 建立试验系统52-53
• 5.4.2 试验结果与分析53-57
• 第6章 结论及展望57-59
• 6.1 结论57
• 6.2 展望57-58
• 6.3 研究的创新点58-59
• 参考文献59-65
• 作者简介65

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

基于GAMBIT的舰船全附体几何建模    肖冰;石爱国;王骁;

前处理软件GAMBIT参数化建模功能增强的研究    齐恩伍;蒋丹;刘斌;

水导热系数的分子动力学模拟    刘娟芳;曾丹苓;刘朝;李勤;

计算流体力学(CFD)的通用软件    翟建华

蓄热水箱温度分层模型与分析    罗艳;汤金华;

多块结构网格上的Kershaw扩散格式    曾清红;裴文兵;成娟;勇珩;

有限元法的发展现状及应用    陈锡栋;杨婕;赵晓栋;范细秋;

太阳能热水采暖蓄热水箱温度分层分析    王登甲;刘艳峰;

一种新型水箱温度分层的相关特性研究    罗刚;彭三兵;付祥钊;

家用热水器性能综述    刘莉;

多功能热泵热水器与新型冷凝换热器性能的研究    江斌

离心泵的汽蚀现象    张启寿;

离心式杂质泵蜗壳内部流场数值模拟    徐振法;王银凤;唐铃凤;

简放工作面采空区自燃三带观测及数值模拟研究    丁士杰;冯守志;

折线布置采空区流场特征与三角煤柱防灭火技术研究    彭轩;马驰;

温室侧窗开窗形式对流量系数取值的影响    宫彬彬;高洪波;钱稷;

蜂蜜喷雾干燥过程的模拟与仿真    马景林;韩志萍;叶剑芝;周先汉;

丁坝对弯道水流紊动的影响    陈建;张明;史志鹏;何婷婷;

马钢圆坯结晶器水口改型流场和温度场的数值模拟    秦玲玲;陈玉宝;尹国才;

二维移动网格方法中边界网格点移动的数值研究    郝庆一;

混合弯管湍流的数值模拟    刘晶;

水压双喷嘴挡板阀先导阀的CFD分析    孙春耕;罗璟;张利;何敏;

密闭空间内丙烷泄漏燃烧爆炸三维数值模拟计算    鲁建英;陈朗;

事故条件下~(239)PuO_2气溶胶微粒在室内小环境扩散的三维数值模拟    王国庆;昌旭东;付广智;

多区域网络模型在高速列车通风系统中的应用研究    刘福生;谭鲁志;王刚;

流体自控振荡器的模拟研究    孙赫晨;赵静野;

旋转切向入流膜蒸馏装置热容腔CFD的数值模拟    齐晓娟;田瑞;杨晓宏;李嵩;

计算流体力学在膜技术及膜生物反应器研究中的应用    于艳;樊耀波;徐国良;王琦;杨文静;

基于CFD的三缸柱塞泵泵阀失效机理研究    韩传军;刘洋;李蓉;李大彬;雷中清;

适应性非线性前馈控制系统在钢轨热处理中的应用研究    吴鹏松;吴朝野;周东华;

空间光学遥感器电子设备热分析应用    赵宇;王兵;

气膜孔几何结构对涡轮叶片气膜冷却的影响研究    戴萍

阻流板对双体船水动力性能影响的数值研究    邓锐

甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究    高晓阳

溴化锂水溶液微观特性的分子动力学研究    朱蓓蓓

碟形越浪式波能发电装置的水动力性能研究    黄燕

金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究    王德广

铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究    潘健怡

旋流自吸泵设计及内部流动研究    王春林

1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究    付强

低噪声轻量化单缸柴油机的虚拟设计技术研究    杨陈

通风方式对气流组织和室内空气品质的模拟研究    王高飞

倾斜巷道中风流方向对瓦斯分布与瓦斯积聚的影响    王春霞

局部通风掘进工作面换热系数计算方法研究    张艳利

基于FLUENT的干法磁分离机理的数值模拟    王发辉

高温矿井热环境数值模拟及热害控制技术研究    侯建军

方钢管混凝土火灾条件下温度场和温度应力研究    赵永梅

输送石灰石悬索桥钢索塔抗风性能研究    王春磊

变压吸附管道流体动力学特性研究    苏超

山区风特性参数与自锚式悬索桥的静风稳定性研究    王珺

基于模糊物元的中小型水电站增容改造方案研究    赵鹏

硅基PZT压电驱动MEMS光开关的设计与优化    方华军,刘建设,任天令,刘理天

采用柱状冷凝盘管加热的ASHP WH箱内水温分布研究    王丹丹;单尚礼;王瑞祥;

超声弹性成像仿真的有限元分析    罗建文,白净

空调包装结构的跌落仿真分析    朱若燕;李厚民;

瓦楞纸箱的有限元建模及屈曲分析    滑广军;向红;冯伟;

蜂窝纸板与瓦楞纸板边压强度有限元分析    滑广军;谢勇;

压缩过程中现场发泡包装材料微观结构的有限元分析    杨婕;季忠;赵晓栋;

有限元分析在结构分析和计算机仿真中的应用    韩西,钟厉,李博

压缩制冷空调装置动态仿真研究    陈则韶,戚学贵,程文龙,周相芝,陶然

风源热泵空调器除霜技术实验研究    王铁军,唐景春,刘向农,倪宜华

温室自然通风研究进展    程秀花;毛罕平;伍德林;

温室侧窗开窗形式对流量系数取值的影响    宫彬彬;高洪波;钱稷;

人工鱼礁流场效应的数值模拟与仿真研究    崔勇;关长涛;万荣;李娇;黄滨;

阻抗式调压室流场的数值模拟    向英;刘德祥;

抛送式秸秆粉碎还田机风场模拟研究    王学农;李从权;史建新;陈发;董远德;

温室顶窗开窗形式对流量系数取值的影响    宫彬彬;周智;李敬蕊;

国内内燃机数字化仿真技术应用现状    史春涛;王韬;孙立星;

冬季新疆和田地区某羊舍内自然通风的数值模拟    张迪然;张鸿雁;王元;

柴油机螺旋进气道三维数值模拟    罗马吉;李忠照;丁洪春;张超建;

FLUENT在某轿车外流场中的应用    李萍锋;张翠平;李红渊;武玉维;

某型压气机三维CFD计算分析    赵连会;罗剑枫;黄志慧;

CFD在转炉二次除尘系统设计中的应用    陈君;代洪浪;李治友;

基于CFD技术的冷藏车优化设计    王金锋;谢晶;

基于CFD的飞艇气囊气动外形优化研究    黄龙太;

基于CFD的内循环流化床流场结构分析及优化设计    朱家亮;张涛;韦朝海;冯春华;

水压双喷嘴挡板阀先导阀的CFD分析    孙春耕;罗璟;张利;何敏;

压缩机泵油系统CFD模拟计算    周易;王艳珍;刘春慧;

侧进式搅拌器混合过程的CFD模拟    方键;凌祥;桑芝富;杨全保;

风洞循环水槽的CFD辅助设计    李金成;陈作钢;代燚;

轿车除霜CFD分析与试验验证    瞿晓华;陈江平;

集热式太阳能热水系统值得推广    记者崔旭 通讯员齐燕知

武汉阳逻开发区还建工程应用太阳能热水系统    驻湖北记者李文聪 徐杭

广东惠州:新建居住建筑配置太阳能热水系统    记者刘一心 谢晓敏

湖北住宅须统一装太阳能热水系统    记者 胡贵玉

青海民用建筑全面推广应用太阳能热水系统    记者 薛长福

江苏盐城集中整治房屋建筑太阳能热水系统    驻江苏记者杜 小卫

太阳能热水系统怎样推广?    江西省赣县城乡规划建设局 李富龙

青岛新建筑“标配”太阳能    本报记者

首府新建住房应配太阳能热水系统    记者 王晓娟

新建12层以下民用建筑必须采用太阳能    记者 商棠

温室环境因子时空分布CFD模型构建及预测分析研究    程秀花

管式搅拌反应器流动特性与混合特性的CFD数值模拟    曹晓畅

水力式流浆箱关键技术机理研究与CFD应用    康国兵

钝体绕流及风致振动流固耦合的CFD研究    董国朝

基于CFD的大棚微气候与通风调控研究    王晓微

基于CFD的高浓漂白塔稀释区流场及卸料系统的研究    曾劲松

CFD非结构化网格流场体可视化方法研究    马千里

高层住宅太阳能热水系统一体化设计研究    杜晓辉

机械产品数字化设计及关键技术研究与应用    杨方飞

基于CFD仿真和试验的抗性消声器研究    胡效东

基于CFD的太阳能分层加热储热水箱优化研究    蔡文玉

安全阀开启过程阀口流场的CFD数值模拟与试验研究    梁寒雨

船用螺旋桨敞水和空化性能CFD预报    赵鹏飞

尾迹面法在CFD气动力计算中的应用研究    徐瑛杰

建筑排水系统CFD模拟研究    陈雪宇

轴流式油气混输泵单个压缩级叶轮流场CFD模拟分析    王宏亮

汽车液力变矩器内流场的数值分析    余鑫

桥梁墩台局部冲刷与CFD仿真研究    刘震卿

大口径复合式气体分布器流场CFD模拟和实验研究    任吉超

基于CFD的螺旋槽干气密封微间隙流场及密封性能研究    富影杰