太阳能热水系统中相变蓄热单元特性与优化研究

发布时间：2020-07-30 19:24

【摘要】：太阳能是非常常见的清洁能源,具有广泛的应用前景,但是由于太阳能在利用过程中存在间歇性和不稳定性的特点,为了克服这些特点,人们使用蓄热装置将太阳能以热能形式储存起来,在使用时再将热能转化为其他能量使用,太阳能热水系统是应用最早的、最广泛的太阳能蓄热系统,研究中低温蓄热技术,对提高太阳能热水系统性能有重要影响。(1)本文基于一个小型太阳能热水系统,建立了相变换热器的物理模型,并在该模型了选取一个相变蓄热单元进行研究,建立了相变蓄热单元的物理和数学模型,分析研究了有、无自然对流时相变蓄热单元蓄热特性;研究了相变蓄热单元尺寸和热流体温度对相变蓄热单元蓄热特性的影响;研究了相变蓄热单元入口流速对蓄/放热特性的影响;研究了相变蓄热单元初始温度对放热特性的影响,得出结论:蓄热单元半径为60mm,热流体温度为373K,入口流速为0.07m/s时为最佳工况。(2)建立了太阳能热水系统的仿真模型,对全年运行工况下进行仿真模拟,并在全年运行中选取夏季典型日和冬季典型日的模拟结果进行比较分析;对比研究了有无、相变情况下集热器吸收的有用能、集热器效率和太阳能保证率。得出结论:夏季典型日集热器吸收的有用能、集热器效率和太阳能保证率均高于冬季典型日;有相变集热器吸收的有用能、集热器效率和太阳能保证率均高于无相变情况。(3)模拟分析不同入口流速对换热流体进出口温度影响以及典型冬季和夏季天气时集热器效率、太阳能保证率和换热流体进出口温度的变化情况,得出结论:随着入口流速的增大,水箱入口温度略微降低,出口温度逐渐增大,综合分析得出最佳入口流速为0.07m/s;集热器效率和太阳能保证率随水箱温度升高而升高,随着放热过程的进行,集热器效率和太阳能保证率均先保持不变后降低;蓄热水箱放热过程中可以达到的温度为353K左右,证明了第三章结论的合理性。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK515
【图文】：

蓄热装置,物理模型

图 3-1 蓄热装置物理模型，对物理模型做了以下假设：材料纯净，各向同性；材料的传热沿周向对称，只考虑沿轴向和径向的传热；发生在一定很小温度范围内，相变材石蜡固、液两相物性 Boussinesq（布辛涅司克）假设，不考虑固液两相密度差考虑流体密度变化；厚度为零，管壁内侧与外侧温度相等。假设，选取蓄热系统中的一个蓄热单元进行模拟分析，与外管之间为相变蓄热材料，相变蓄热单元为三维对称示，蓄热单元高度为 100mm，内管直径为 40mm，外管直径热流体相变蓄热材料

相变蓄热,单元

图 3-1 蓄热装置物理模型理模型做了以下假设：，各向同性；热沿周向对称，只考虑沿轴向和径向的定很小温度范围内，相变材石蜡固、液两esq（布辛涅司克）假设，不考虑固液两体密度变化；，管壁内侧与外侧温度相等。选取蓄热系统中的一个蓄热单元进行模拟之间为相变蓄热材料，相变蓄热单元为三单元高度为 100mm，内管直径为 40mm，热流体相变蓄热材

自然对流,单元,侧石,蓄热特性

图 3-3 对比验证分析对流对蓄热的影响初始温度为 290K，内壁壁面固定温度为 373 100mm 时蓄热特性，40s 时液相率分布如由内向外逐层熔化的，由于忽略重力，此时相分布，可以看出内壁侧石蜡先开始熔化，石蜡换热的影响。0 50 100 150 200 250 300 350 400305310模拟时间/min

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