家用太陽能熱水器儲熱水箱放水特性的三維數(shù)值模擬研究

【摘要】：儲熱水箱是人們經(jīng)常使用的，它是生活中重要的儲能元件之一。在使用時能從水箱中取出多少有用熱量是衡量其設(shè)計及取水方式優(yōu)劣的重要因素。在常見的頂水式取水方式中，由于從底部進入的冷水和儲熱水箱中的熱水發(fā)生混水，減少了有用熱量，因而研究其取水時的溫度分層度，可優(yōu)化水箱設(shè)計及取水方式，提高能量使用效率。 為了分析溫度分層度這一參數(shù)，本文選用了我國南方地區(qū)普遍使用的家用太陽能熱水系統(tǒng)的幾種水箱作為模型，采用實驗、數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對儲熱水箱進行了研究。本文根據(jù)生活中的日常使用習(xí)慣研究了儲熱水箱在層流狀態(tài)下三種不同入口流速的放水曲線，分析了各種流速時儲熱水箱內(nèi)的摻混程度及溫度分層度，建立了包括控制方程、邊界條件、水的物性參數(shù)在內(nèi)的數(shù)學(xué)模型。本文較全面地分析了儲熱水箱的瞬時特性，為實際工程應(yīng)用提供了堅實的理論基礎(chǔ)。 本文研究內(nèi)容如下： 首先，通過實驗研究了儲熱水箱在層流狀態(tài)三種流速下的放水曲線，由放水曲線可以觀察到放水過程分為三個階段：高溫穩(wěn)定階段、溫度迅速下降階段和低溫穩(wěn)定階段，各階段持續(xù)時間的長短與進水速度有直接的關(guān)系；并計算出各工況下儲熱水箱相對303K的放熱效率，發(fā)現(xiàn)放熱效率隨著流速的增大而減小。 其次，利用數(shù)值模擬方法對相同尺寸、相同結(jié)構(gòu)的儲熱水箱作了對比分析。發(fā)現(xiàn)模擬的放水曲線與實驗的趨勢一致，放熱效率幾乎相同，證明建立的模型可用于此類儲熱水箱的模擬研究。 再次，利用驗證的模擬方法對常見的臥式與立式儲熱水箱進行了不同工況下三維溫度場、放水曲線及溫度分層度的的數(shù)值模擬研究，并采用了無量綱火用參數(shù)定量化分析了水箱的溫度分層度。研究表明，隨著入口流速的增加，水箱內(nèi)的摻混程度遞增，溫度分層度遞減；出入口同側(cè)水箱的溫度分層度高于出入口異側(cè)水箱；立式水箱的溫度分層度高于臥式水箱。因此，在入口流速小、立式出入口同側(cè)的水箱下具有更高的溫度分層度。 最后，本文根據(jù)模擬結(jié)果對水箱入口提出一種優(yōu)化設(shè)計方案，結(jié)果顯示，這種方案對于所模擬的200L小型家用儲熱水箱的溫度分層度有一定提高。還利用TRNSYS軟件對水箱的放水情況進行模擬，與FLUENT的結(jié)果進行了對比分析。 【關(guān)鍵詞】：儲熱水箱 三維數(shù)值模擬 放水曲線 溫度分層 無量綱火用
【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：S214.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目錄7-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文工作14-16
• 1.3.1 研究對象和內(nèi)容14-15
• 1.3.2 研究方法15
• 1.3.3 創(chuàng)新點15-16
• 第2章 太陽能儲熱水箱放水特性分析16-21
• 2.1 影響儲熱水箱特性的參數(shù)16-17
• 2.1.1 儲熱水箱的高寬比16
• 2.1.2 出水口與入水口的位置16-17
• 2.1.3 入水口雷諾數(shù)17
• 2.1.4 儲熱水箱保溫性能17
• 2.2 儲熱水箱放水特性分析17-21
• 2.2.1 放熱效率17-18
• 2.2.2 溫度分層度的量化18-21
• 第3章 研究方法及手段21-32
• 3.1 研究的儲熱水箱結(jié)構(gòu)21-22
• 3.2 實驗研究方法及手段22
• 3.3 數(shù)值模擬研究方法及手段22-32
• 3.3.1 CFD 簡介22-26
• 3.3.1.1 CFD 的程序結(jié)構(gòu)22-24
• 3.3.1.2 CFD 軟件的特點24-25
• 3.3.1.3 CFD 的模擬步驟25-26
• 3.3.2 ICEM CFD 簡介26-28
• 3.3.3 FLUENT 簡介28-29
• 3.3.4 Tecplot 360 簡介29-30
• 3.3.5 TRNSYS 簡介30-32
• 第4章 實驗測試及結(jié)果分析32-36
• 4.1 實驗測試裝置及測試儀器32-33
• 4.1.1 實驗測試裝置及測試儀器32-33
• 4.2 實驗測試程序33-34
• 4.3 實驗測試結(jié)果分析34-36
• 4.3.1 三種流速的放水曲線34-35
• 4.3.2 三種流速的放熱效率35-36
• 第5章 數(shù)值模擬及結(jié)果分析36-53
• 5.1 幾何模型的建立和網(wǎng)格劃分36-42
• 5.1.1 幾何模型的建立36-37
• 5.1.2 幾何模型的網(wǎng)格劃分37-38
• 5.1.3 控制方程38-41
• 5.1.4 邊界條件41-42
• 5.2 網(wǎng)格與時間步長獨立性驗證42-46
• 5.2.1 網(wǎng)格獨立性驗證43-44
• 5.2.2 時間步長獨立性驗證44-46
• 5.3 FLUENT 模擬參數(shù)設(shè)置46-49
• 5.3.1 求解器及求解模型設(shè)置46
• 5.3.2 流體及材料物性設(shè)置46
• 5.3.3 邊界條件設(shè)置46-47
• 5.3.4 離散項設(shè)置47
• 5.3.5 亞松弛因子設(shè)置47-48
• 5.3.6 殘差設(shè)置48
• 5.3.7 初始化設(shè)置48
• 5.3.8 迭代設(shè)置48-49
• 5.4 數(shù)值模擬結(jié)果分析49-53
• 5.4.1 不同時刻的溫度49-51
• 5.4.2 FLUENT 模擬與實驗對比51-53
• 第6章 數(shù)值模擬分析及優(yōu)化設(shè)計53-88
• 6.1 臥式水箱對比53-67
• 6.1.1 臥式水箱模型53-55
• 6.1.2 2L/min 流速放水過程分析55-59
• 6.1.3 5L/min 流速放水過程分析59-62
• 6.1.4 8L/min 流速放水過程分析62-65
• 6.1.5 死水區(qū)圖像65-67
• 6.2 立式水箱對比67-80
• 6.2.1 立式水箱模型67-68
• 6.2.2 2L/min 流速放水過程分析68-72
• 6.2.3 5L/min 流速放水過程分析72-75
• 6.2.4 8L/min 流速放水過程分析75-78
• 6.2.5 死水區(qū)圖像78-80
• 6.3 放水曲線及放熱效率80-82
• 6.4 量化溫度分層度82-84
• 6.5 水口優(yōu)化84-86
• 6.6 Trnsys 與 FLUENT 對比86-88
• 第7章 全文總結(jié)與展望88-90
• 7.1 本文總結(jié)88-89
• 7.2 對未來工作的展望89-90
• 參考文獻90-93
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和研究成果93-94
• 致謝94

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻來了解更多相關(guān)內(nèi)容

太陽能儲熱水箱保溫計算    周志培;孫保民;

離心泵的汽蝕現(xiàn)象    張啟壽;

離心式雜質(zhì)泵蝸殼內(nèi)部流場數(shù)值模擬    徐振法;王銀鳳;唐鈴鳳;

簡放工作面采空區(qū)自燃三帶觀測及數(shù)值模擬研究    丁士杰;馮守志;

溫室側(cè)窗開窗形式對流量系數(shù)取值的影響    宮彬彬;高洪波;錢稷;

蜂蜜噴霧干燥過程的模擬與仿真    馬景林;韓志萍;葉劍芝;周先漢;

丁壩對彎道水流紊動的影響    陳建;張明;史志鵬;何婷婷;

混合彎管湍流的數(shù)值模擬    劉晶;

單級渦殼式離心泵內(nèi)二維流場的數(shù)值模擬    梁述環(huán);

基于Fluent的蝶閥三維流動的數(shù)值模擬及分析    劉健;李福堂;

三維壁面效應(yīng)對微噴管性能影響的數(shù)值計算    童軍杰;岑繼文;

氣膜孔幾何結(jié)構(gòu)對渦輪葉片氣膜冷卻的影響研究    戴萍

旋流自吸泵設(shè)計及內(nèi)部流動研究    王春林

1000MW核電站離心式上充泵水力設(shè)計與結(jié)構(gòu)可靠性研究    付強

低噪聲輕量化單缸柴油機的虛擬設(shè)計技術(shù)研究    楊陳

注漿控制巖溶隧道突水地質(zhì)災(zāi)害的機理和模擬方法研究    孫克國

大流量高響應(yīng)電液比例閥的設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)研究    傅林堅

噴桿噴霧機風(fēng)助風(fēng)筒多目標優(yōu)化設(shè)計    劉雪美

基于大渦模擬的CFD入口條件及脈動風(fēng)壓模擬研究    朱偉亮

高功率軸快流CO_2激光器氣體流場及熱交換的模擬與優(yōu)化    黃鴻雁

強制對流影響凝固微觀組織的相場法研究    袁訓(xùn)鋒

水平埋管換熱器地?zé)嵩礋岜脤嶒炑芯考皞鳠崮Ｐ?nbsp;   孫純武,張素云,劉憲英

套室內(nèi)氣流的三維數(shù)值模擬    劉歐子,胡欲立,劉訓(xùn)謙

地源熱泵地中換熱器的非穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)值研究    唐志偉;金楠;閆桂蘭;

埋地?zé)嵊凸艿罍手芷谶\行溫度研究    張國忠

埋地輸油管道非穩(wěn)態(tài)熱力計算數(shù)值求解方法    吳國忠,曲洪權(quán),龐麗萍,陳彥君

搪瓷儲熱水箱迎來過剩大考    本報記者 陳娟

邁能高科 推行“26萬次”企業(yè)標準    本報記者 李靜華

邁能“三五”規(guī)劃推動節(jié)能    本報記者 陳娟

朱慶國：操盤邁能“英特爾”戰(zhàn)略    見習(xí)記者 焦玲玲

創(chuàng)26萬次耐壓疲勞測試新紀錄    記者吳躍 劉榮慧

太陽能地面供暖系統(tǒng)    發(fā)明人 桂正虎　桂正茂

集中—分散供熱水系統(tǒng)：高層住宅太陽能利用的新途徑    北京市太陽能研究所 何梓年

邁能開啟太陽能行業(yè)新篇    本報記者 范建 通訊員 劉翠珍

江蘇邁能高科技有限公司董事長朱慶國:“26萬次品質(zhì)驗證”助推建筑節(jié)能    焦玲玲

四季沐歌破解跨季節(jié)采暖難題    記者 周瑩

家用太陽能熱水器儲熱水箱放水特性的三維數(shù)值模擬研究    張磊

分層儲熱水箱設(shè)計及其對太陽能集熱器效率的影響研究    陳丹丹

平板型太陽能熱水器儲熱水箱蓄熱階段的數(shù)值模擬研究    楊靜蕓

基于CFD的太陽能分層加熱儲熱水箱優(yōu)化研究    蔡文玉

小型太陽能跨季節(jié)儲熱特性研究    秦迪