太陽能潛熱蓄熱裝置參數(shù)優(yōu)化及熱泵系統(tǒng)TRNSYS模擬

【摘要】：隨著國家經(jīng)濟技術的日益發(fā)展,太陽能熱泵技術得到了快速的發(fā)展,相變蓄熱技術也受到越來越多的關注。本文主要對太陽能熱泵系統(tǒng)進行了理論分析、模擬計算及實驗研究,主要研究了以下幾個方面：對潛熱蓄熱裝置的進口溫度、進口流速、蓄熱體間距等的優(yōu)化；蓄熱裝置的使用對太陽能熱泵系統(tǒng)性能的影響；蓄熱材料對集熱器進出口溫度、蒸發(fā)器側進出口溫度及熱泵COP的影響。 利用Fluent軟件對潛熱蓄熱裝置的蓄/放熱性能進行模擬分析,探討了影響蓄熱裝置蓄熱性能的主要因素并對其進行了優(yōu)化；根據(jù)優(yōu)化的結果對相變蓄熱裝置的放熱情況進行了模擬,探討了蓄熱體直徑變化對蓄熱過程的影響。模擬的結果表明：蓄熱裝置的進口溫度、進口流速、蓄熱體的間距等都是影響蓄熱裝置蓄/放熱性能的主要因素。在實際的工程應用中,建議對相變蓄熱裝置的進口溫度設定不能低于40℃；當傳熱介質(zhì)的流速從0.04m/s增大到0.08m/s時,蓄熱材料的融化過程并沒有明顯加快；但是,當流速為0.03m/s時,12000s之前石蠟基本沒有融化,其融化過程太過于緩慢,不能充分發(fā)揮相變蓄熱的作用。因此,建議蓄熱裝置的進口流速為0.04m/s;當蓄熱體間距小于55mm或者大于65mm時,液相分數(shù)的變化較大并且都有很大程度的降低；但是,當蓄熱體的間距在55mm-65mm之間變化時,液相分數(shù)隨著模擬過程的進行變化很??；因此,為了充分利用相變材料的潛熱蓄熱量,減少蓄熱材料的蓄熱時間,蓄熱體的間距為55mm～65mm時蓄熱性能較好。 利用TRNSYS軟件對太陽能潛熱蓄熱熱泵系統(tǒng)建立仿真模型。依據(jù)中國建筑熱環(huán)境典型年的氣象數(shù)據(jù)對典型日、典型月、典型年的太陽能集熱器集熱量、集熱器獲得的有用能、集熱器的平均效率,系統(tǒng)供熱性能COP的變化等進行分析。仿真結果表明：對整個采暖季來說,集熱器獲得的有用能增加了5.52%,有相變時熱泵的COP略低于無相變時；蓄熱裝置的使用可以提高系統(tǒng)的COP,3月份最大為3.41,1月份最小為3.01。 建立了太陽能熱泵系統(tǒng)實驗平臺,進行了實驗研究。探討了蓄熱材料的使用對集熱器進出口溫度的、熱泵蒸發(fā)側進出水溫度及熱泵COP的影響。結果表明：有相變蓄熱時,熱泵的COP較低,最大差值為0.43,最小為0.24。 【關鍵詞】：太陽能 熱泵 潛熱蓄熱 TRNSYS模擬
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU832.17
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目錄8-11
• 符號說明11-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 課題研究背景13-14
• 1.2 課題研究意義14-17
• 1.2.0 傳統(tǒng)能源利用現(xiàn)狀14
• 1.2.1 我國的太陽能資源14-16
• 1.2.2 太陽能熱泵技術16
• 1.2.3 太陽能蓄熱技術16-17
• 1.3 課題研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3.1 太陽能熱泵研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 蓄熱技術研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 目前研究存在的問題20
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容20-21
• 第二章 太陽能熱泵系統(tǒng)各部件模型選擇21-35
• 2.1 TRNSYS軟件簡介21-24
• 2.2 太陽能集熱器模型24-27
• 2.3 相變蓄熱系統(tǒng)模型27-30
• 2.3.1 相變材料及其特點27-28
• 2.3.2 相變傳熱過程計算模型28-30
• 2.3.3 蓄熱量計算30
• 2.4 水源熱泵計算模型30-32
• 2.5 房間負荷數(shù)學模型32-33
• 2.6 輔助熱源的選擇33
• 2.7 小結33-35
• 第三章 潛熱蓄熱裝置傳熱性能數(shù)值模擬分析35-61
• 3.1 相變傳熱問題數(shù)值求解方法35-36
• 3.2 FLUENT軟件及凝固融化模型36-38
• 3.2.1 Fluent的求解步驟37
• 3.2.2 Solidification/melting模型37-38
• 3.3 數(shù)學模型的建立38-44
• 3.3.1 Fluent軟件的參數(shù)設置40-41
• 3.3.2 相變材料融化過程模擬分析41-44
• 3.4 蓄熱系統(tǒng)運行參數(shù)對相變蓄熱過程的影響44-58
• 3.4.1 傳熱介質(zhì)的溫度對相變材料特性的影響44-48
• 3.4.2 進口流速對蓄熱裝置蓄熱特性的影響48-52
• 3.4.3 蓄熱體間距對蓄熱特性的影響52-57
• 3.4.4 相變蓄熱裝置放熱時的凝固過程分析57-58
• 3.5 本章小結58-61
• 第四章 熱泵系統(tǒng)TRNSYS模擬分析61-77
• 4.1 TRNSYS系統(tǒng)仿真模型的建立61-64
• 4.1.1 太陽能相變蓄熱熱泵系統(tǒng)的TRNSYS各組件61-62
• 4.1.2 各組件的信息流程圖62-63
• 4.1.3 軟件瞬態(tài)模擬63-64
• 4.1.4 軟件微分方程的求解64
• 4.1.5 系統(tǒng)仿真程序的調(diào)試64
• 4.2 TRNSYS仿真標準部件64-66
• 4.3 設計工況66-71
• 4.3.1 仿真部件參數(shù)66-67
• 4.3.2 仿真模擬氣象參數(shù)67-70
• 4.3.3 仿真系統(tǒng)模型圖70
• 4.3.4 仿真系統(tǒng)控制策略70-71
• 4.4 太陽能潛熱蓄熱熱泵系統(tǒng)仿真模擬71-75
• 4.4.1 典型日的系統(tǒng)仿真模擬結果71-72
• 4.4.2 最冷月的系統(tǒng)仿真模擬結果72-73
• 4.4.3 典型年的能量消耗分析73-75
• 4.5 系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性分析75-76
• 4.6 小結76-77
• 第五章 太陽能相變蓄熱熱泵系統(tǒng)的實驗分析77-85
• 5.1 實驗系統(tǒng)介紹77-80
• 5.1.1 實驗原理圖77
• 5.1.2 實驗設備77-80
• 5.2 實驗研究內(nèi)容80
• 5.3 實驗數(shù)據(jù)分析80-83
• 5.3.1 蓄熱材料對集熱器進出口溫度的影響81-82
• 5.3.2 蓄熱材料對熱泵蒸發(fā)側溫度的影響82-83
• 5.3.3 蓄熱材料對熱泵COP的影響83
• 5.4 小結83-85
• 第六章 結論與展望85-87
• 6.1 結論85-86
• 6.2 展望86-87
• 參考文獻87-91
• 致謝91-92
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄92

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