基于相變蓄熱的太陽能煙囪傳熱性能研究

【摘要】：自然通風(fēng)技術(shù)是現(xiàn)代建筑節(jié)能中普遍采用的改善室內(nèi)空氣品質(zhì)和降低空調(diào)能耗的重要技術(shù)手段,太陽能通風(fēng)就是一種熱壓作用下的自然通風(fēng)措施,即利用煙囪效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。太陽能通風(fēng)系統(tǒng)利用太陽輻射加熱風(fēng)道內(nèi)的空氣,為空氣提供浮升力,促進(jìn)風(fēng)道內(nèi)的空氣流動(dòng)。相變材料在發(fā)生相變的過程中伴有大量能量吸收或釋放,將其與太陽能通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合,應(yīng)用于強(qiáng)化自然通風(fēng),可以擴(kuò)展太陽能通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間,減少建筑物空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間,達(dá)到既提高室內(nèi)舒適度由實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。太陽能集熱板是太陽能通風(fēng)的關(guān)鍵技術(shù),本研究將相變蓄熱技術(shù)應(yīng)用于太陽能強(qiáng)化自然通風(fēng)中,利用相變材料蓄熱特性,使太陽能的利用時(shí)間從白天擴(kuò)展到夜間,實(shí)現(xiàn)太陽能通風(fēng)系統(tǒng)全天候通風(fēng),擴(kuò)大了太陽能通風(fēng)系統(tǒng)的使用時(shí)限。因此,對(duì)太陽能集熱板的研究有著非常重要的意義。本研究建立了集熱板相變材料蓄熱系統(tǒng)的模型,利用計(jì)算流體軟件Fluent中凝固/熔化模型及DO太陽輻射模型模擬石蠟相變過程。通過搭建集熱板測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái),分析相變過程集熱板內(nèi)溫度場(chǎng)隨時(shí)間的變化規(guī)律,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性。在考慮液相區(qū)自然對(duì)流作用下集熱板內(nèi)部相界面的變化規(guī)律,分析了溫度場(chǎng)、液相率隨時(shí)間的變化情況基礎(chǔ)上,證實(shí)了在純石蠟的熔化過程中必須考慮自然對(duì)流的影響。為了強(qiáng)化集熱板的傳熱性能,使用3wt%碳納米管/石蠟、縮短相變集熱體肋間距的方法,通過模擬,分析在考慮液相區(qū)自然對(duì)流作用下,使用兩種優(yōu)化方法集熱板內(nèi)部相界面的變化規(guī)律以及溫度場(chǎng)、液相率隨時(shí)間變化的影響。模擬結(jié)果顯示,兩種方法均對(duì)集熱板的傳熱性能有改善作用,能夠?qū)⒓療岚鍍?nèi)部相變材料的熔化時(shí)間分別提前35min和20min。針對(duì)優(yōu)化前后共三種不同的集熱板,對(duì)其進(jìn)行通風(fēng)效果分析,結(jié)果顯示集熱板外壁溫較高的復(fù)合相變材料太陽能煙囪通風(fēng)性能更優(yōu)。三種模型12:00~20:00內(nèi)的總風(fēng)量依次為10259.18 m3、10450.03 m3、10296.42 m3,完全可以達(dá)到新風(fēng)要求。 【關(guān)鍵詞】：太陽能煙囪 相變蓄熱 傳熱特性 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU233;TU83
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題背景11-12
• 1.2 太陽能煙囪自然通風(fēng)的基本特點(diǎn)12-13
• 1.3 相變蓄熱的特點(diǎn)13-14
• 1.4 太陽能自然通風(fēng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4.1 太陽能通風(fēng)性能的影響分析14-16
• 1.4.2 太陽能通風(fēng)聯(lián)合其他系統(tǒng)的研究16
• 1.4.3 太陽能通風(fēng)結(jié)合相變蓄熱的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容及方法17-19
• 1.5.1 研究?jī)?nèi)容17
• 1.5.2 研究方法17-19
• 第二章 相變集熱體蓄/放熱過程數(shù)值模擬19-31
• 2.1 Fluent的基本理論19-23
• 2.1.1 Fluent簡(jiǎn)介19-20
• 2.1.2 Solidification/Melting模型20
• 2.1.3 輻射模型20-21
• 2.1.4 空氣流動(dòng)控制方程21-22
• 2.1.5 Boussinesq近似22-23
• 2.2 相變傳熱中的主要數(shù)學(xué)模型23-25
• 2.3 物理模型25-26
• 2.4 數(shù)學(xué)模型26-29
• 2.4.1 數(shù)學(xué)模型的建立26-27
• 2.4.2 熱物性參數(shù)設(shè)置27-28
• 2.4.3 Fluent參數(shù)設(shè)置28
• 2.4.4 求解控制參數(shù)設(shè)定28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-31
• 第三章 相變集熱體蓄/放熱過程實(shí)驗(yàn)研究31-45
• 3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>31
• 3.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)31-39
• 3.2.1 集熱板32-33
• 3.2.2 溫度測(cè)試系統(tǒng)33-35
• 3.2.3 環(huán)境參數(shù)的測(cè)量35-36
• 3.2.4 實(shí)驗(yàn)主要儀器36-39
• 3.2.5 實(shí)驗(yàn)主要材料39
• 3.2.6 實(shí)驗(yàn)時(shí)間39
• 3.3 實(shí)驗(yàn)步驟39-42
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析42-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第四章 結(jié)果分析與討論45-75
• 4.1 數(shù)學(xué)模型與實(shí)驗(yàn)對(duì)比45-47
• 4.1.1 溫度值對(duì)比45-46
• 4.1.2 各時(shí)刻絕對(duì)誤差值46
• 4.1.3 誤差原因分析46-47
• 4.2 太陽能通風(fēng)系統(tǒng)集熱板傳熱特性分析47-51
• 4.2.1 熔化過程分析47-50
• 4.2.2 凝固過程分析50-51
• 4.3 結(jié)合相變蓄熱太陽能煙囪傳熱性能優(yōu)化51-61
• 4.3.1 相變材料特性對(duì)相變集熱體傳熱過程的影響52-56
• 4.3.2 肋片間距對(duì)相變集熱體傳熱過程的影響56-61
• 4.4 太陽能煙囪通風(fēng)效果模擬分析61-64
• 4.4.1 物理模型61-62
• 4.4.2 模型簡(jiǎn)化62
• 4.4.3 風(fēng)環(huán)境研究方法介紹62-64
• 4.5 三種太陽能煙囪數(shù)值模擬的通風(fēng)效果分析64-71
• 4.5.1 風(fēng)速特點(diǎn)64-69
• 4.5.2 風(fēng)量特點(diǎn)69-71
• 4.6 相變蓄熱太陽能煙囪通風(fēng)運(yùn)行方案71-72
• 4.7 本章小結(jié)72-75
• 第五章 結(jié)論及展望75-77
• 5.1 結(jié)論75-76
• 5.2 展望76-77
• 參考文獻(xiàn)77-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文80-81
• 致謝81

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