分层储热水箱设计及其对太阳能集热器效率的影响研究

【摘要】：能源枯竭和环境污染是当今社会面临的两大难题。太阳能以其清洁、普遍、巨大、长久的优点被人们广泛应用与生活和生产中。太阳能热水系统通常可以提供40-60℃的热水,单个太阳能热水器也是现在城市和农村人们生活热水的首选,但是在太阳能不充足的阴雨天和夜间,如何有效的把太阳能储存起来是现在太阳能利用中较为薄弱的环节。本文提出的温度分层型储热水箱可以在一定程度上解决现在家用和城市集中供热太阳能热水系统中带蓄热水箱的系统启动慢、可用能少的问题,并能使集热器长期处于高效工作状态。 本文设计了一种新型的温度分层换热储热装置作为太阳能供暖供热水系统换热储热装置,既分层换热储热装置,通过换热装置避免传热工质直接进入储热水箱破坏储热水箱内部稳定的环境；通过分层换热可以使储热水箱内形成高度的温度分层。 建立了太阳能集热、储热、供暖的实验系统,同时具有完整的计算机数据采集和监控系统,可以对太阳能系统的运行参数进行实时采集。开展了太阳能集热、换热、储热的实验研究。 本文对分层换热储热水箱进行换热储热实验,对储热水箱的充热过程的实时监控,分析结果显示水箱中上下层的温度差先是逐渐升高,上下层的温差最高可以达到26.7℃,到达最高后逐渐降低,储热水箱中上下层的温差范围为15-30℃。斜温层厚度为20cm,在整个充热过程中保持稳定。分层储热系统比不分层系统启动快1天,储存的可用能比不分层系统高多105.45MJ。水箱的保温性能好,热损失小,可以长时间保持水箱内部的温度分层。 文本对一种热管型真空集热器在不同进口温度下集热器的瞬时效率进行了实验研究,当太阳能辐射量在700±50MJ时,集热器进口温度分别为10℃、20℃一直到80℃时进行测试,集热器的瞬时效率随着进口温度的升高程下降趋势,集热器瞬时效率最高可以达到65%,在进口温度80℃时集热器的瞬时效率为37%。 对充热过程中分层储热系统集热器的日平均效率进行了实验研究,将其与理论计算的不分层储热的集热器效率进行了对比分析,结果显示在整个充热过程中分层储热系统的集热器日平均效率比不分层储热系统的集热器效率高1%-6.5%,分层储热系统可以使集热器保持在高效率下运行。 【关键词】：太阳能 温度分层 储热水箱 集热器 集热效率
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513;TK515
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 太阳能储热的意义11-12
• 1.3 太阳能储热技术的分类12-14
• 1.3.1 按照热量的储存时间分类12-13
• 1.3.2 按照储热介质分类13
• 1.3.3 按照储热温度分层与否分类13-14
• 1.4 温度分层储热的原理及作用14-17
• 1.4.1 储热介质的选择14-15
• 1.4.2 水箱温度分层储热的原理15-17
• 1.4.3 水箱温度分层的作用17
• 1.5 温度分层储热技术的国内外研究现状17-21
• 1.5.1 国外研究现状及应用17-18
• 1.5.2 国内研究现状及应用18-20
• 1.5.3 温度分层储热研究现存的问题20-21
• 1.6 本文主要研究的内容21-22
• 第2章 温度分层型储热罐的设计22-31
• 2.1 水箱温度分层的多节点模型22-23
• 2.2 水箱温度分层的实现与破坏23-24
• 2.2.1 实现水箱温度分层的方法23-24
• 2.2.2 水箱温度分层的破坏24
• 2.3 水箱温度分层效果的影响因素24-26
• 2.4 温度分层储热水箱的设计26-29
• 2.4.1 分层储热水箱的容积26-27
• 2.4.2 分层储热水箱的内部结构设计27-29
• 2.4.3 分层储热水箱的保温设计29
• 2.5 本章小结29-31
• 第3章 储热水箱温度分层实验31-48
• 3.1 太阳能集热储热供暖系统的设计31-33
• 3.1.1 系统介绍31-33
• 3.1.2 系统的运行方式33
• 3.2 数据采集系统33-34
• 3.3 储热水箱的热损实验34-38
• 3.3.1 储热水箱的热阻系数34-36
• 3.3.2 储热水箱热损实验过程36
• 3.3.3 实验结果及分析36-38
• 3.4 储热水箱温度分层实验38-46
• 3.4.1 充热实验过程38
• 3.4.2 实验结果及分析38-42
• 3.4.3 储热水箱温度分层分析42-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第4章 分层储热对太阳能集热器效率的影响48-54
• 4.1 热管真空管的定义与分类48-49
• 4.2 热管的传热原理49-50
• 4.3 集热器瞬时效率定义及计算50-51
• 4.4 不同进口温度下集热器瞬时效率的实验及分析51-52
• 4.4.1 实验过程51
• 4.4.2 实验结果及分析51-52
• 4.5 分层和不分层储热过程中集热器效率52-53
• 4.5.1 实验过程52
• 4.5.2 实验结果及分析52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录59

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