平板太阳能集热系统在寒冷地区应用中的冻结机制与性能研究
发布时间：2021-05-05 20:24
太阳能热水集热的载体工具是太阳能热水器集热系统,太阳能热水器集热系统通常由集热器、循环管路及水泵、水箱构成。其中对系统太阳能利用效率,以及系统可靠性和耐候性起决定性因素的是集热器。集热器从本质上是一种辐射-对流换热器,它将太阳能转化为热能传递给水流,实现循环加热水箱。集热器包含多种类型:平板型、真空管型、热管型、微流道型等。其中平板型太阳能集热器（FPSC）加工制造简单、运行安全可靠、热流密度较低,是太阳能与建筑一体化结合的理想集热器类型之一。然而对于平板型太阳能集热器的使用通常限制于中国夏热冬暖区域和部分夏热冬冷区,而在其他地域,真空管热水器的普及率要远远大于平板型太阳能集热器。造成这种现象的其中一部分原因是与真空管热水器相比,平板型太阳能集热器的保温性能较差,在较低的气温下通过顶部、底部和边框的大量热损失会大幅度降低平板集热器在白天的运行效率。另一部分原因是集热器常用的循环工质是水,由于水在低温条件下很容易结冰,水结成冰而带来的密度变化会对容器壁面会产生巨大的压力,从而导致集热器破裂损坏。同时平板型太阳能集热器也存在夏季过热的风险,过热会造成管内水流的沸腾从而侵蚀管道,也会给板芯造...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 太阳能利用技术
1.1.1 光电利用
1.1.2 光热利用
1.2 太阳能集热器概况
1.2.1 太阳能集热器发展应用现状
1.2.2 太阳能集热器的分类
1.3 平板型集热器在应用中出现的问题
1.3.1 平板型太阳能集热器的冻结问题
1.3.2 平板太阳能集热器的热应力问题
1.4 新型太阳能平板集热技术
1.4.1 太阳能平板-热管集热器
1.4.2 带有相变蓄能的平板集热器
1.4.3 大尺度平板集热器
1.5 以往研究的总结和本文研究方案
1.5.1 集热器冻结机制研究方面
1.5.2 相变蓄能集热器系统研究方面
1.5.3 大尺度平板集热器研究方面
1.6 本文的主要研究内容
第2章 肋管式平板集热器冻结模型与性能分析
2.1 肋管式平板集热器结构
2.2 肋管式平板集热器系统数理模型
2.2.1 系统白天运行模型
2.2.2 系统夜间降温冻结模型
2.2.3 隔热装置稳态传热模型及求解方法
2.2.4 集热器冻结性能评价指标
2.3 模拟结果和冻结性能分析
2.3.1 集热器夜间降温冻结模拟结果
2.3.2 使用隔热装置夜间冻结模拟结果
第3章 肋管式平板集热器冻结过程的实验研究及模型对比
3.1 实验装置与实验过程
3.1.1 实验装置加工
3.1.2 实验过程及测试仪器
3.2 实验结果分析和模型验证
3.2.1 PMMA集热器温度变化的实验和模拟结果对比
3.2.2 PMMA集热器冻结过程的模拟结果分析
3.2.3 PMMA集热器冻结过程的实验模拟结果对比
3.3 影响肋管式平板集热器抗冻性能的因素分析
3.3.1 支管间距对抗冻性能的影响
3.3.2 吸热板厚度及涂层对抗冻性能的影响
3.3.3 支管长度及集管直径对抗冻性能的影响
3.3.4 支管壁厚对抗冻性能的影响
3.3.5 空气夹层厚度对抗冻性能的影响
第4章 相变蓄能平板集热器系统的模型及参数分析
4.1 相变蓄能平板集热器系统设计
4.1.1 系统设计参数
4.1.2 相变蓄能集热器工作原理
4.2 相变蓄能集热器系统数理模型
4.2.1 系统白天运行情况下各部分的能量平衡方程
4.2.2 系统夜间降温情况下各部分的能量平衡方程
4.2.3 系统评价指标
4.2.4 模型求解方法
4.3 相变蓄能集热器的性能模拟及分析
4.3.1 相变蓄能集热器和传统集热器的运行性能对比
4.3.2 PCM材料相变温度对集热器性能的影响
4.3.3 PCM材料相变潜热对集热器性能的影响
4.3.4 PCM相变板与吸热板之间的热阻对集热器性能的影响
4.3.5 PCM相变板厚度的影响
第5章 相变蓄能平板集热器的实验研究及性能预测
5.1 实验装置及实验过程
5.1.1 PCM集热器
5.1.2 系统装置
5.1.3 测量误差分析
5.1.4 系统性能评价指标
5.2 实验结果分析与模型验证
5.2.1 试验测试结果
5.2.2 模型计算结果和实验结果的对比
5.3 参数研究
5.3.1 对系统白天工作性能的影响
5.3.2 对系统夜间防冻能力的影响
5.4 冬季季节性分析
第6章 大尺度平板集热器的理论和实验研究
6.1 大尺度平板集热器的构造
6.2 大尺度平板集热器数理模型及性能分析
6.2.1 大尺度平板集热器的数理模型
6.2.2 大尺度集热器与传统集热器阵列的比较
6.2.3 大尺度集热器结构参数研究
6.3 大尺度平板集热器的实验研究和模型验证
6.3.1 实验装置及实验过程
6.3.2 稳态测试结果及模型对比
6.3.3 非稳态测试结果及模型对比
6.4 大尺度集热器冻结性能分析
6.5 大尺度集热器热应力分析
6.5.1 大尺度集热器热应力模型
6.5.2 大尺度集热器热应力优化
第7章 全文工作总结及展望
7.1 本文主要工作
7.2 后续工作展望
参考文献
附录1 符号表
附录2 图表清单
在读博士期间发表的学术论文和其他成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响太阳能平板集热器抗冻性能因素分析[J]. 周帆,季杰,袁伟琪. 太阳能学报. 2018(02)
[2]浅析我国太阳能热水器产业的发展[J]. 胡丰光. 科技资讯. 2015(19)
[3]平板太阳能集热器空气夹层内自然对流换热的数值模拟[J]. 邓月超,赵耀华,全贞花,王林成. 建筑科学. 2012(10)
[4]壁挂式太阳能热水器经济性和节能性分析[J]. 满虹,吕建,杨洪兴. 节能. 2012(05)
[5]基于近红外图像的硅太阳能电池故障检测方法[J]. 董栋,陈光梦. 信息与电子工程. 2010(05)
[6]家用太阳能热水系统的防冻胀方案[J]. 于晓峰,陶汉中,金叶佳,陈俊功. 太阳能. 2010(06)
[7]平板太阳集热器防冻结构试验研究[J]. 杨积科. 太阳能. 2010(03)
[8]平板太阳能集热器抗冻研究进展[J]. 李芷昕,杨坚,李淑兰. 太阳能. 2008(05)
[9]太阳集热器时间常数分析及测试讨论[J]. 王佩明,王志峰,侯宏娟. 太阳能学报. 2005(02)
[10]平板集热器冬季工况集热性能分析[J]. 毕文峰,王侃宏,乔华,崔坚. 煤矿现代化. 2005(01)
博士论文
[1]多功能太阳能光伏光热集热器的理论和实验研究[D]. 郭超.中国科学技术大学 2015
硕士论文
[1]平板太阳能集热器抗冻方法研究[D]. 李芷昕.昆明理工大学 2009
本文编号：3170530
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 太阳能利用技术
1.1.1 光电利用
1.1.2 光热利用
1.2 太阳能集热器概况
1.2.1 太阳能集热器发展应用现状
1.2.2 太阳能集热器的分类
1.3 平板型集热器在应用中出现的问题
1.3.1 平板型太阳能集热器的冻结问题
1.3.2 平板太阳能集热器的热应力问题
1.4 新型太阳能平板集热技术
1.4.1 太阳能平板-热管集热器
1.4.2 带有相变蓄能的平板集热器
1.4.3 大尺度平板集热器
1.5 以往研究的总结和本文研究方案
1.5.1 集热器冻结机制研究方面
1.5.2 相变蓄能集热器系统研究方面
1.5.3 大尺度平板集热器研究方面
1.6 本文的主要研究内容
第2章 肋管式平板集热器冻结模型与性能分析
2.1 肋管式平板集热器结构
2.2 肋管式平板集热器系统数理模型
2.2.1 系统白天运行模型
2.2.2 系统夜间降温冻结模型
2.2.3 隔热装置稳态传热模型及求解方法
2.2.4 集热器冻结性能评价指标
2.3 模拟结果和冻结性能分析
2.3.1 集热器夜间降温冻结模拟结果
2.3.2 使用隔热装置夜间冻结模拟结果
第3章 肋管式平板集热器冻结过程的实验研究及模型对比
3.1 实验装置与实验过程
3.1.1 实验装置加工
3.1.2 实验过程及测试仪器
3.2 实验结果分析和模型验证
3.2.1 PMMA集热器温度变化的实验和模拟结果对比
3.2.2 PMMA集热器冻结过程的模拟结果分析
3.2.3 PMMA集热器冻结过程的实验模拟结果对比
3.3 影响肋管式平板集热器抗冻性能的因素分析
3.3.1 支管间距对抗冻性能的影响
3.3.2 吸热板厚度及涂层对抗冻性能的影响
3.3.3 支管长度及集管直径对抗冻性能的影响
3.3.4 支管壁厚对抗冻性能的影响
3.3.5 空气夹层厚度对抗冻性能的影响
第4章 相变蓄能平板集热器系统的模型及参数分析
4.1 相变蓄能平板集热器系统设计
4.1.1 系统设计参数
4.1.2 相变蓄能集热器工作原理
4.2 相变蓄能集热器系统数理模型
4.2.1 系统白天运行情况下各部分的能量平衡方程
4.2.2 系统夜间降温情况下各部分的能量平衡方程
4.2.3 系统评价指标
4.2.4 模型求解方法
4.3 相变蓄能集热器的性能模拟及分析
4.3.1 相变蓄能集热器和传统集热器的运行性能对比
4.3.2 PCM材料相变温度对集热器性能的影响
4.3.3 PCM材料相变潜热对集热器性能的影响
4.3.4 PCM相变板与吸热板之间的热阻对集热器性能的影响
4.3.5 PCM相变板厚度的影响
第5章 相变蓄能平板集热器的实验研究及性能预测
5.1 实验装置及实验过程
5.1.1 PCM集热器
5.1.2 系统装置
5.1.3 测量误差分析
5.1.4 系统性能评价指标
5.2 实验结果分析与模型验证
5.2.1 试验测试结果
5.2.2 模型计算结果和实验结果的对比
5.3 参数研究
5.3.1 对系统白天工作性能的影响
5.3.2 对系统夜间防冻能力的影响
5.4 冬季季节性分析
第6章 大尺度平板集热器的理论和实验研究
6.1 大尺度平板集热器的构造
6.2 大尺度平板集热器数理模型及性能分析
6.2.1 大尺度平板集热器的数理模型
6.2.2 大尺度集热器与传统集热器阵列的比较
6.2.3 大尺度集热器结构参数研究
6.3 大尺度平板集热器的实验研究和模型验证
6.3.1 实验装置及实验过程
6.3.2 稳态测试结果及模型对比
6.3.3 非稳态测试结果及模型对比
6.4 大尺度集热器冻结性能分析
6.5 大尺度集热器热应力分析
6.5.1 大尺度集热器热应力模型
6.5.2 大尺度集热器热应力优化
第7章 全文工作总结及展望
7.1 本文主要工作
7.2 后续工作展望
参考文献
附录1 符号表
附录2 图表清单
在读博士期间发表的学术论文和其他成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响太阳能平板集热器抗冻性能因素分析[J]. 周帆,季杰,袁伟琪. 太阳能学报. 2018(02)
[2]浅析我国太阳能热水器产业的发展[J]. 胡丰光. 科技资讯. 2015(19)
[3]平板太阳能集热器空气夹层内自然对流换热的数值模拟[J]. 邓月超,赵耀华,全贞花,王林成. 建筑科学. 2012(10)
[4]壁挂式太阳能热水器经济性和节能性分析[J]. 满虹,吕建,杨洪兴. 节能. 2012(05)
[5]基于近红外图像的硅太阳能电池故障检测方法[J]. 董栋,陈光梦. 信息与电子工程. 2010(05)
[6]家用太阳能热水系统的防冻胀方案[J]. 于晓峰,陶汉中,金叶佳,陈俊功. 太阳能. 2010(06)
[7]平板太阳集热器防冻结构试验研究[J]. 杨积科. 太阳能. 2010(03)
[8]平板太阳能集热器抗冻研究进展[J]. 李芷昕,杨坚,李淑兰. 太阳能. 2008(05)
[9]太阳集热器时间常数分析及测试讨论[J]. 王佩明,王志峰,侯宏娟. 太阳能学报. 2005(02)
[10]平板集热器冬季工况集热性能分析[J]. 毕文峰,王侃宏,乔华,崔坚. 煤矿现代化. 2005(01)
博士论文
[1]多功能太阳能光伏光热集热器的理论和实验研究[D]. 郭超.中国科学技术大学 2015
硕士论文
[1]平板太阳能集热器抗冻方法研究[D]. 李芷昕.昆明理工大学 2009
本文编号：3170530
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3170530.html
