家用太陽能熱水器熱性能數(shù)值仿真與測試系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】：熱性能是衡量家用太陽能熱水器質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo),通過對熱性能進(jìn)行測試與分析對提高太陽能熱水器的能量轉(zhuǎn)化率具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的熱性能研究方法以實驗分析為主,然而該方法容易受到環(huán)境條件的制約,而且無法獲得熱水器內(nèi)能量傳遞薄弱環(huán)節(jié)以及熱水器內(nèi)流體介質(zhì)的分布規(guī)律;此外,隨著家用太陽能熱水器的迅速發(fā)展,國家太陽能熱利用產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心接受家用太陽能熱水器等產(chǎn)品委托檢驗的數(shù)量逐年增加,而現(xiàn)有熱水器熱性能測試系統(tǒng)多是單工位的,存在效率低、自動化水平不足等問題。為此,本論文提出結(jié)合測試標(biāo)準(zhǔn),使用計算機流體力學(xué)軟件對家用太陽能熱水器熱性能試驗進(jìn)行數(shù)值仿真研究,在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一套多工位的家用太陽能熱水器測試系統(tǒng)。(1)基于有限元仿真軟件Fluent模擬了家用太陽能熱水器熱性能實驗,揭示了能量在熱水器內(nèi)的傳遞規(guī)律。發(fā)現(xiàn)在日有用得熱量和貯熱水箱熱損因素實驗后,熱水器貯熱水箱內(nèi)會形成溫度分層,為熱性能測試系統(tǒng)設(shè)計提供了依據(jù)。(2)仿真研究了試驗條件對家用太陽能熱水器熱性能的影響。結(jié)果表明,日輻照量的增加會引起日有用得熱量的增加;相比于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的17MJ/m2,當(dāng)日輻照量為15MJ/m2時,系統(tǒng)日有用得熱量相差1.2%;對不同初始溫度下的熱損實驗仿真研究表明,貯熱水箱初始溫度對平均熱損因數(shù)影響較小;為標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)提供了參考。(3)結(jié)合仿真結(jié)果,設(shè)計了家用太陽能熱水器熱性能測試系統(tǒng),系統(tǒng)能夠同時完成多個工位的熱水器熱性能測試。針對熱性能測試需求設(shè)計了合理的管路以及測控系統(tǒng)。(4)完成了家用太陽能熱水器熱性能測試系統(tǒng)軟件的編寫。利用LabVIEW實現(xiàn)了包括溫度與流量的測量以及控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、試驗程序以及數(shù)據(jù)庫等功能。經(jīng)驗證測試系統(tǒng)可以很好的滿足熱性能測試需求。 【關(guān)鍵詞】：家用太陽能熱水器 日有用得熱量 數(shù)值模擬 測試系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK515
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-16
• 1.1 課題的來源8
• 1.2 課題研究背景及意義8-9
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3.2 測試系統(tǒng)及實驗條件研究12-13
• 1.3.3 熱效能仿真研究13-14
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 熱性能仿真研究16-36
• 2.1 熱性能指標(biāo)16-18
• 2.2 有限元仿真18-26
• 2.2.1 Fluent簡介18-19
• 2.2.2 有限元模型建立19-20
• 2.2.3 網(wǎng)格劃分20
• 2.2.4 求解模型選擇20-23
• 2.2.5 材料屬性設(shè)置23
• 2.2.6 離散項設(shè)置23-24
• 2.2.7 獨立性驗證24-26
• 2.3 熱性能試驗流場及溫度場26-32
• 2.3.1 載荷及邊界條件設(shè)置26-27
• 2.3.2 日有用得熱量實驗結(jié)果27-30
• 2.3.3 熱損試驗實驗結(jié)果30-32
• 2.4 熱性能實驗條件仿真研究32-35
• 2.4.1 輻照量對日有用得熱量的影響32-34
• 2.4.2 初始溫度對熱損因素的影響34-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 熱性能測試系統(tǒng)總體設(shè)計36-51
• 3.1 測試系統(tǒng)總體設(shè)計要求36-37
• 3.2 測試系統(tǒng)管路設(shè)計37-40
• 3.2.1 供水管路系統(tǒng)38-39
• 3.2.2 試驗管路系統(tǒng)39-40
• 3.3 測控系統(tǒng)組成40-50
• 3.3.1 溫度測量和控制系統(tǒng)41-48
• 3.3.2 流量測量和控制48-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第4章 熱性能測試系統(tǒng)軟件設(shè)計51-59
• 4.1 軟件需求分析51
• 4.2 網(wǎng)絡(luò)通信子VI設(shè)計51-53
• 4.3 實驗程序設(shè)計53-56
• 4.3.1 日有用得熱量實驗53-55
• 4.3.2 貯熱水箱平均熱損系數(shù)子VI55-56
• 4.4 數(shù)據(jù)庫軟件子VI56-58
• 4.5 試驗數(shù)據(jù)描述58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 第5章 總結(jié)及展望59-61
• 5.1 全文總結(jié)59-60
• 5.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 致謝64

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