太陽能熱水系統(tǒng)中相變蓄熱模擬與設(shè)計

【摘要】： 當(dāng)今隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,能源危機已成為社會發(fā)展的面臨的難題,太陽能作為一種可再生清潔能源具有廣泛的前景,但是能量儲存的問題制約著太陽能的利用。相變蓄熱系統(tǒng)通過相變材料相變時吸收(或放出)大量熱量的性質(zhì)實現(xiàn)能量儲存,這對于解決太陽能與供求時間的不一致問題,以及實現(xiàn)電力的移峰填谷,具有重要的實用價值。相變蓄能技術(shù)具有蓄能密度高、易匹配、易控制的眾多優(yōu)點,相變蓄能的研究和應(yīng)用得到廣泛關(guān)注。 本文的研究基于一種新型的太陽能蓄熱系統(tǒng)的核心相變蓄熱水箱進行數(shù)值模擬。由于相變過程中伴隨有傳導(dǎo)、對流現(xiàn)象,使得相變傳熱問題的求解復(fù)雜化,大多數(shù)情況下都借助于數(shù)值模擬。本文利用Fluen軟件對相變傳熱過程中的影響因素及強化傳熱方法進行數(shù)值模擬研究。主要研究內(nèi)容如下: (1)建立了球型相變蓄熱體的物理和數(shù)學(xué)模型,模擬了不同壁溫和不同直徑蓄熱球的融化過程,得到了在第一類邊界條件下蓄熱球體融化過程的溫度分布,相變界面移動規(guī)律,以及凝固時間與壁面溫度,球徑之間的關(guān)系。 (2)利用焓法,建立套管性相變材料蓄熱系統(tǒng)模型,利用計算流體力學(xué)軟件FLUENT中凝固/融化模型模擬了石蠟融化的相變過程。在考慮液相區(qū)自然對流情況下得到了蓄熱裝置與熱媒體耦合問題的溫度場、液相體積分數(shù)隨時間的變化情況,并分析了相變界面的變化規(guī)律。 (3)在相變蓄熱裝置中添加翅片,利用翅片提高相變蓄熱系統(tǒng)的蓄熱速度。通過模擬計算,研究了蓄熱系統(tǒng)中翅片間距、翅片高度、翅片厚度和流體溫度對相變完成時間的影響。結(jié)果表明,肋片的規(guī)格和流體溫度對蓄熱系統(tǒng)蓄熱性能有重要的作用。 (4)設(shè)計一種應(yīng)用于太陽能熱水系統(tǒng)的相變蓄熱水箱,與現(xiàn)有的熱水器相比較,具有體積小、成本低、運行費用低等優(yōu)點。具有很大的開發(fā)潛力。 【關(guān)鍵詞】：相變蓄能 數(shù)值模擬 強化傳熱 太陽能熱水系統(tǒng) 設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TU822
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 研究背景和意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外對于相變蓄能的研究現(xiàn)狀13-25
• 1.2.1 相變蓄熱材料的研究進展13-17
• 1.2.2 相變蓄熱的傳熱強化研究進展17-19
• 1.2.3 相變蓄熱熱物理問題的研究進展19-22
• 1.2.4 相變蓄熱技術(shù)應(yīng)用的研究進展22-25
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容25
• 1.4 小結(jié)25-26
• 第二章 相變蓄熱問題的數(shù)學(xué)模型和計算方法26-38
• 2.1 相變傳熱問題的特點26-27
• 2.2 相變傳熱的數(shù)學(xué)模型27-28
• 2.3 相變傳熱問題的求解方法28-34
• 2.3.1 解析法分析29-30
• 2.3.2 數(shù)值求解方法30-31
• 2.3.3 數(shù)值求解的步驟31-34
• 2.4 FLUENT數(shù)值模擬相變問題的基本知識34-37
• 2.5 小結(jié)37-38
• 第三章 圓球形蓄熱體的數(shù)值模擬研究38-46
• 3.1 引言38
• 3.2 物理及數(shù)學(xué)模型的建立38-40
• 3.2.1 物理模型的建立38-39
• 3.2.2 數(shù)學(xué)模型的建立39-40
• 3.3 相變過程模擬分析40-41
• 3.3.1 幾何模型和網(wǎng)格劃分40
• 3.3.2 FLUENT計算參數(shù)的設(shè)置40-41
• 3.4 模擬結(jié)果及其分析41-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 第四章 管殼式相變蓄熱單元模擬46-60
• 4.1 引言46
• 4.2 蓄熱系統(tǒng)的物理模型46-47
• 4.3 蓄熱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型47-48
• 4.4 模擬結(jié)果及分析48-59
• 4.4.1 模型及參數(shù)48-49
• 4.4.2 網(wǎng)格劃分及參數(shù)設(shè)置49-50
• 4.4.3 結(jié)果及分析50-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第五章 翅片強化傳熱的模擬60-66
• 5.1 前言60
• 5.2 模型及參數(shù)60-61
• 5.3 模擬結(jié)果分析61-65
• 5.3.1 翅片間距對蓄熱過程的影響63-64
• 5.3.2 翅片高度對蓄熱過程的影響64
• 5.3.3 翅片厚度對蓄熱過程的影響64-65
• 5.3.4 熱流體溫度對蓄熱過程的影響65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 第六章 相變蓄熱水箱的設(shè)計66-78
• 6.1 引言66
• 6.2 太陽能熱水系統(tǒng)66-71
• 6.2.1 太陽能熱水器66-67
• 6.2.2 分體式太陽能熱水系統(tǒng)67-71
• 6.3 新型相變蓄熱水箱的設(shè)計計算71-78
• 6.3.1 換熱計算72-74
• 6.3.2 相變材料的封裝74-76
• 6.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計76-77
• 6.3.4 經(jīng)濟性分析及優(yōu)點77-78
• 第七章 結(jié)論和展望78-80
• 7.1 研究總結(jié)78-79
• 7.2 展望79-80
• 參考文獻80-86
• 碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文86-87
• 致謝87

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