基于CFD光熱流場(chǎng)耦合分析的光伏溫室研究與設(shè)計(jì)

【摘要】：溫室內(nèi)部流場(chǎng)情況極為復(fù)雜,受到眾多環(huán)境因素的影響,傳統(tǒng)的工程實(shí)驗(yàn)方法很難全面準(zhǔn)確地把握溫室內(nèi)的環(huán)境因子。得益于計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)日新月異的發(fā)展,計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)的仿真計(jì)算速率和計(jì)算量得到了大幅度的提高,這也使得利用CFD技術(shù)求解如溫室等復(fù)雜空間的流體特性成為可能。近年來(lái),對(duì)于溫室的CFD研究日趨成熟,已經(jīng)延伸到溫室領(lǐng)域的各個(gè)角落。本文以Venlo式光伏溫室和帶有作物的普通玻璃溫室為研究對(duì)象,采用CFD技術(shù)對(duì)其內(nèi)部的溫度場(chǎng)、空氣流場(chǎng)以及太陽(yáng)輻射分布進(jìn)行了仿真模擬和分析討論。通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料和公式理論計(jì)算,對(duì)CFD模型的計(jì)算域進(jìn)行了選擇,進(jìn)而對(duì)該模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格劃分,并為仿真選擇了合適的基本控制方程形式、湍流模型、輻射模型以及作物多孔介質(zhì)模型等。為驗(yàn)證CFD模型,分別對(duì)光伏溫室和種有黃瓜作物的普通玻璃溫室進(jìn)行了數(shù)據(jù)測(cè)定試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)采集所得不同位置的氣象數(shù)據(jù)為CFD模型中各邊界的初始條件設(shè)置提供了數(shù)據(jù)支持。進(jìn)而通過(guò)FLUENT軟件進(jìn)行了CFD模型的仿真模擬。將所得到的仿真計(jì)算值與試驗(yàn)測(cè)量值進(jìn)行了對(duì)比,從而驗(yàn)證了所建立CFD溫室模型的有效性,并通過(guò)網(wǎng)格獨(dú)立性實(shí)驗(yàn)排除了干擾因素的影響。在此基礎(chǔ)上,對(duì)試驗(yàn)玻璃溫室進(jìn)行了光伏面板排布的模擬設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)比不同排列方案時(shí)的溫室內(nèi)部溫度場(chǎng)、太陽(yáng)輻射場(chǎng)以及不同光伏組件布局方案的發(fā)電功率,得到了最優(yōu)化的玻璃溫室屋頂光伏面板排布方式,為今后的實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：Venlo型溫室 光伏溫室 計(jì)算流體力學(xué)(CFD) 數(shù)值分析 光伏板排布設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：S625;TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 研究背景及目的11-12
• 1.2 太陽(yáng)能光伏溫室國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 太陽(yáng)能光伏溫室國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 太陽(yáng)能光伏溫室國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.3 CFD技術(shù)在溫室領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展16-23
• 1.3.1 計(jì)算流體力學(xué)CFD簡(jiǎn)介17-18
• 1.3.2 基于CFD技術(shù)的溫室環(huán)境研究現(xiàn)狀18-23
• 1.3.2.1 國(guó)外溫室CFD模擬研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3.2.2 國(guó)內(nèi)溫室CFD模擬研究現(xiàn)狀21-23
• 1.4 研究?jī)?nèi)容與方法23-24
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容23
• 1.4.2 研究方法23-24
• 1.5 本文研究思路24-25
• 第2章 光伏溫室數(shù)值模擬理論研究25-37
• 2.1 溫室物理模型25-26
• 2.2 光伏溫室數(shù)學(xué)模型的建立26-30
• 2.2.1 氣體動(dòng)力學(xué)方程26-27
• 2.2.2 布西內(nèi)近似假設(shè)27
• 2.2.3 溫室基本控制方程的建立27-30
• 2.3 光伏溫室的湍流模型30-33
• 2.3.1 光伏溫室內(nèi)氣體流動(dòng)狀態(tài)判定30-31
• 2.3.2 湍流模型的選擇31-33
• 2.4 光伏溫室的輻射模型33-35
• 2.4.1 熱輻射傳遞概述33
• 2.4.2 輻射方程33-34
• 2.4.3 輻射模型的選擇34-35
• 2.5 光伏溫室的作物模型35
• 2.6 本章小結(jié)35-37
• 第3章 光伏溫室CFD模型的建立37-55
• 3.1 CFD軟件概述37-38
• 3.2 計(jì)算域選擇38
• 3.3 網(wǎng)格劃分38-43
• 3.4 邊界條件設(shè)置43-49
• 3.4.1 太陽(yáng)加載模型43-44
• 3.4.2 室內(nèi)空氣介質(zhì)44-45
• 3.4.3 土壤邊界條件45
• 3.4.4 溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)45-46
• 3.4.5 進(jìn)出.邊界條件46-47
• 3.4.6 作物模型47-48
• 3.4.7 光伏組件模型48-49
• 3.5 微分方程的離散及求解49-52
• 3.5.1 微分方程的離散49-50
• 3.5.2 微分方程的求解50-51
• 3.5.3 有限體積法的求解方法51-52
• 3.5.4 FLUENT求解器設(shè)定52
• 3.6 FLUENT工作流程52-54
• 3.7 本章小結(jié)54-55
• 第4章 光伏溫室數(shù)據(jù)測(cè)定試驗(yàn)及CFD模型驗(yàn)證55-75
• 4.1 試驗(yàn)溫室概述55-57
• 4.2 試驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)環(huán)境57-58
• 4.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>57-58
• 4.2.2 試驗(yàn)環(huán)境58
• 4.3 試驗(yàn)設(shè)備及方案58-64
• 4.3.1 試驗(yàn)設(shè)備58-61
• 4.3.2 測(cè)點(diǎn)布置61-64
• 4.3.2.1 玻璃溫室測(cè)點(diǎn)布置61-62
• 4.3.2.2 光伏溫室測(cè)點(diǎn)布置62-64
• 4.3.3 試驗(yàn)方案64
• 4.4 測(cè)試結(jié)果及討論64-66
• 4.5 CFD模型驗(yàn)證及討論66-72
• 4.5.1 CFD仿真結(jié)果66-71
• 4.5.1.1 玻璃溫室66-69
• 4.5.1.2 光伏溫室69-71
• 4.5.2 CFD模型驗(yàn)證71-72
• 4.6 網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證72-74
• 4.7 本章小結(jié)74-75
• 第5章 光伏溫室不同光伏面板排布方案的比較75-89
• 5.1 光伏組件傳熱模型75-78
• 5.1.1 光伏組件前蓋板能量模型75-77
• 5.1.2 光伏組件電池部分能量模型77
• 5.1.3 光伏組件后蓋板能量模型77-78
• 5.2 光伏溫室光伏組件不同排布方案設(shè)計(jì)78-79
• 5.3 不同排布方案的CFD仿真分析79-88
• 5.3.1 不同方案CFD模型熱場(chǎng)研究80-84
• 5.3.2 不同方案CFD模型光場(chǎng)研究84-87
• 5.3.3 綜合比較分析87-88
• 5.4 本章小結(jié)88-89
• 第6章 總結(jié)與展望89-91
• 6.1 總結(jié)89-90
• 6.2 展望90-91
• 參考文獻(xiàn)91-95
• 致謝95-97
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果97

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