基于CFD的太陽能水箱蓄能的動態(tài)特性研究及其熱力學(xué)性能優(yōu)化分析

【摘要】：儲能技術(shù)被廣泛應(yīng)用于可再生能源和流體輸配系統(tǒng),用來解決能源的供給和需求的失衡問題,其中太陽能熱水利用不僅能夠節(jié)約化石能源而且能夠?qū)崿F(xiàn)保護環(huán)境,從而使得太陽能集中供熱式系統(tǒng)極具發(fā)展和應(yīng)用前景。作為儲能裝置的蓄能水箱,其性能設(shè)計對整個工作系統(tǒng)的運行效果有重要影響。本文對太陽能蓄能水箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行分區(qū)設(shè)計,采用CFD方法對具有不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的蓄能水箱進行數(shù)值模擬,分析了水箱內(nèi)的對流傳熱規(guī)律,并基于不可逆熱力學(xué)理論及流動傳熱的場協(xié)同理論,以提高蓄能水箱可用能為目標(biāo),對水箱的溫度分層機理進行深入分析。通過對數(shù)值模擬結(jié)果及數(shù)據(jù)進行正確分析后得到以下結(jié)論：在水箱內(nèi)設(shè)置隔板可明顯改善水箱冷熱分層的效果,通過左右加10個隔板,可延長水的流程,增加水的停留時間,從而可實現(xiàn)良好的左右冷熱分層效果；通過三維模擬,在水箱前后設(shè)2個隔板,左右設(shè)5隔板,將其分隔成具有18個分隔空間的水箱,因使前后左右上下的分速度大為減緩,從而實現(xiàn)良好的冷熱水置換分層效果；通過分析速度矢量與溫度梯度矢量的協(xié)同程度來研究流場對溫度場的影響,通過分析速度矢量與壓力梯度矢量的協(xié)同程度來研究水箱中流動阻力減阻機理及影響因素,得出通過調(diào)整水箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)進而改變流動、傳熱及壓力梯度的方向,即改變速度與溫度梯度和速度與壓力梯度之間的夾角,得出具有18個分隔空間的水箱可以獲得較好的熱分區(qū),容易實現(xiàn)溫度分層,且更有利于流體的流動,同時在蓄熱過程中損耗的功較少；依據(jù)熱力學(xué)理論分析了水箱在蓄熱過程(火用)的損失,得出在水箱內(nèi)部平均溫度相同條件下,具有18個分隔空間的水箱冷熱水混合的(火用)損失最低,且內(nèi)部儲存的可用能(火用)明顯高于其他類型的水箱。 【關(guān)鍵詞】：太陽能蓄能水箱 溫度分層 場協(xié)同理論 協(xié)同角 熱力學(xué)分析
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU822;TK519
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 國內(nèi)外太陽能蓄能水箱的研究進展11-13
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容13-14
• 第二章 太陽能蓄能水箱溫度分層及其性能優(yōu)化理論14-21
• 2.1 水蓄能原理及其理論14-16
• 2.1.1 蓄熱介質(zhì)的選擇14-15
• 2.1.2 水箱溫度分層儲熱的原理15-16
• 2.2 傳熱流動的場協(xié)同理論16-18
• 2.2.1 水箱中傳熱流動場協(xié)同理論16-17
• 2.2.2 太陽能蓄熱水箱內(nèi)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計17-18
• 2.3 熱力學(xué)優(yōu)化原理及其理論18-20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第三章 太陽能水箱蓄能動態(tài)模擬用CFD原理及理論21-30
• 3.1 計算流體力學(xué)介紹21-22
• 3.2 物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述22-25
• 3.3 計算方法及求解過程25-29
• 3.3.1 網(wǎng)格劃分25-27
• 3.3.2 計算方法27-29
• 3.4 本章小結(jié)29-30
• 第四章 太陽能水箱蓄能的CFD模擬30-47
• 4.1 蓄能水箱的物理模型建立30-32
• 4.2 網(wǎng)格獨立性驗證32-33
• 4.3 基本假設(shè)與數(shù)學(xué)模型33-35
• 4.4 隔板絕熱邊界的驗證35
• 4.5 模擬結(jié)果分析35-46
• 4.6 本章小結(jié)46-47
• 第五章 蓄能水箱的場協(xié)同及其熱力學(xué)性能優(yōu)化分析47-57
• 5.1 基于場協(xié)同原理的太陽能蓄能水箱蓄能效果分析47-52
• 5.1.1 場協(xié)同理論基礎(chǔ)47-49
• 5.1.2 蓄能水箱內(nèi)物理場協(xié)同分析49-52
• 5.2 太陽能蓄能水箱的熱力學(xué)性能優(yōu)化分析52-56
• 5.3 本章小結(jié)56-57
• 第六章 結(jié)論與展望57-59
• 6.1 結(jié)論57-58
• 6.2 展望58-59
• 參考文獻59-63
• 符號表63-64
• 致謝64-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間論文發(fā)表及科研情況65

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