分層儲(chǔ)熱水箱設(shè)計(jì)及其對(duì)太陽能集熱器效率的影響研究

【摘要】：能源枯竭和環(huán)境污染是當(dāng)今社會(huì)面臨的兩大難題。太陽能以其清潔、普遍、巨大、長久的優(yōu)點(diǎn)被人們廣泛應(yīng)用與生活和生產(chǎn)中。太陽能熱水系統(tǒng)通?？梢蕴峁?0-60℃的熱水,單個(gè)太陽能熱水器也是現(xiàn)在城市和農(nóng)村人們生活熱水的首選,但是在太陽能不充足的陰雨天和夜間,如何有效的把太陽能儲(chǔ)存起來是現(xiàn)在太陽能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)。本文提出的溫度分層型儲(chǔ)熱水箱可以在一定程度上解決現(xiàn)在家用和城市集中供熱太陽能熱水系統(tǒng)中帶蓄熱水箱的系統(tǒng)啟動(dòng)慢、可用能少的問題,并能使集熱器長期處于高效工作狀態(tài)。 本文設(shè)計(jì)了一種新型的溫度分層換熱儲(chǔ)熱裝置作為太陽能供暖供熱水系統(tǒng)換熱儲(chǔ)熱裝置,既分層換熱儲(chǔ)熱裝置,通過換熱裝置避免傳熱工質(zhì)直接進(jìn)入儲(chǔ)熱水箱破壞儲(chǔ)熱水箱內(nèi)部穩(wěn)定的環(huán)境；通過分層換熱可以使儲(chǔ)熱水箱內(nèi)形成高度的溫度分層。 建立了太陽能集熱、儲(chǔ)熱、供暖的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),同時(shí)具有完整的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng),可以對(duì)太陽能系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。開展了太陽能集熱、換熱、儲(chǔ)熱的實(shí)驗(yàn)研究。 本文對(duì)分層換熱儲(chǔ)熱水箱進(jìn)行換熱儲(chǔ)熱實(shí)驗(yàn),對(duì)儲(chǔ)熱水箱的充熱過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控,分析結(jié)果顯示水箱中上下層的溫度差先是逐漸升高,上下層的溫差最高可以達(dá)到26.7℃,到達(dá)最高后逐漸降低,儲(chǔ)熱水箱中上下層的溫差范圍為15-30℃。斜溫層厚度為20cm,在整個(gè)充熱過程中保持穩(wěn)定。分層儲(chǔ)熱系統(tǒng)比不分層系統(tǒng)啟動(dòng)快1天,儲(chǔ)存的可用能比不分層系統(tǒng)高多105.45MJ。水箱的保溫性能好,熱損失小,可以長時(shí)間保持水箱內(nèi)部的溫度分層。 文本對(duì)一種熱管型真空集熱器在不同進(jìn)口溫度下集熱器的瞬時(shí)效率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,當(dāng)太陽能輻射量在700±50MJ時(shí),集熱器進(jìn)口溫度分別為10℃、20℃一直到80℃時(shí)進(jìn)行測試,集熱器的瞬時(shí)效率隨著進(jìn)口溫度的升高程下降趨勢(shì),集熱器瞬時(shí)效率最高可以達(dá)到65%,在進(jìn)口溫度80℃時(shí)集熱器的瞬時(shí)效率為37%。 對(duì)充熱過程中分層儲(chǔ)熱系統(tǒng)集熱器的日平均效率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,將其與理論計(jì)算的不分層儲(chǔ)熱的集熱器效率進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果顯示在整個(gè)充熱過程中分層儲(chǔ)熱系統(tǒng)的集熱器日平均效率比不分層儲(chǔ)熱系統(tǒng)的集熱器效率高1%-6.5%,分層儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以使集熱器保持在高效率下運(yùn)行。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 溫度分層 儲(chǔ)熱水箱 集熱器 集熱效率
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TK513;TK515
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 太陽能儲(chǔ)熱的意義11-12
• 1.3 太陽能儲(chǔ)熱技術(shù)的分類12-14
• 1.3.1 按照熱量的儲(chǔ)存時(shí)間分類12-13
• 1.3.2 按照儲(chǔ)熱介質(zhì)分類13
• 1.3.3 按照儲(chǔ)熱溫度分層與否分類13-14
• 1.4 溫度分層儲(chǔ)熱的原理及作用14-17
• 1.4.1 儲(chǔ)熱介質(zhì)的選擇14-15
• 1.4.2 水箱溫度分層儲(chǔ)熱的原理15-17
• 1.4.3 水箱溫度分層的作用17
• 1.5 溫度分層儲(chǔ)熱技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-21
• 1.5.1 國外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用17-18
• 1.5.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用18-20
• 1.5.3 溫度分層儲(chǔ)熱研究現(xiàn)存的問題20-21
• 1.6 本文主要研究的內(nèi)容21-22
• 第2章 溫度分層型儲(chǔ)熱罐的設(shè)計(jì)22-31
• 2.1 水箱溫度分層的多節(jié)點(diǎn)模型22-23
• 2.2 水箱溫度分層的實(shí)現(xiàn)與破壞23-24
• 2.2.1 實(shí)現(xiàn)水箱溫度分層的方法23-24
• 2.2.2 水箱溫度分層的破壞24
• 2.3 水箱溫度分層效果的影響因素24-26
• 2.4 溫度分層儲(chǔ)熱水箱的設(shè)計(jì)26-29
• 2.4.1 分層儲(chǔ)熱水箱的容積26-27
• 2.4.2 分層儲(chǔ)熱水箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27-29
• 2.4.3 分層儲(chǔ)熱水箱的保溫設(shè)計(jì)29
• 2.5 本章小結(jié)29-31
• 第3章 儲(chǔ)熱水箱溫度分層實(shí)驗(yàn)31-48
• 3.1 太陽能集熱儲(chǔ)熱供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)31-33
• 3.1.1 系統(tǒng)介紹31-33
• 3.1.2 系統(tǒng)的運(yùn)行方式33
• 3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)33-34
• 3.3 儲(chǔ)熱水箱的熱損實(shí)驗(yàn)34-38
• 3.3.1 儲(chǔ)熱水箱的熱阻系數(shù)34-36
• 3.3.2 儲(chǔ)熱水箱熱損實(shí)驗(yàn)過程36
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析36-38
• 3.4 儲(chǔ)熱水箱溫度分層實(shí)驗(yàn)38-46
• 3.4.1 充熱實(shí)驗(yàn)過程38
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析38-42
• 3.4.3 儲(chǔ)熱水箱溫度分層分析42-46
• 3.5 本章小結(jié)46-48
• 第4章 分層儲(chǔ)熱對(duì)太陽能集熱器效率的影響48-54
• 4.1 熱管真空管的定義與分類48-49
• 4.2 熱管的傳熱原理49-50
• 4.3 集熱器瞬時(shí)效率定義及計(jì)算50-51
• 4.4 不同進(jìn)口溫度下集熱器瞬時(shí)效率的實(shí)驗(yàn)及分析51-52
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)過程51
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析51-52
• 4.5 分層和不分層儲(chǔ)熱過程中集熱器效率52-53
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)過程52
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析52-53
• 4.6 本章小結(jié)53-54
• 結(jié)論54-55
• 參考文獻(xiàn)55-58
• 致謝58-59
• 附錄 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄59

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