太阳能潜热蓄热装置参数优化及热泵系统TRNSYS模拟

【摘要】：随着国家经济技术的日益发展,太阳能热泵技术得到了快速的发展,相变蓄热技术也受到越来越多的关注。本文主要对太阳能热泵系统进行了理论分析、模拟计算及实验研究,主要研究了以下几个方面：对潜热蓄热装置的进口温度、进口流速、蓄热体间距等的优化；蓄热装置的使用对太阳能热泵系统性能的影响；蓄热材料对集热器进出口温度、蒸发器侧进出口温度及热泵COP的影响。 利用Fluent软件对潜热蓄热装置的蓄/放热性能进行模拟分析,探讨了影响蓄热装置蓄热性能的主要因素并对其进行了优化；根据优化的结果对相变蓄热装置的放热情况进行了模拟,探讨了蓄热体直径变化对蓄热过程的影响。模拟的结果表明：蓄热装置的进口温度、进口流速、蓄热体的间距等都是影响蓄热装置蓄/放热性能的主要因素。在实际的工程应用中,建议对相变蓄热装置的进口温度设定不能低于40℃；当传热介质的流速从0.04m/s增大到0.08m/s时,蓄热材料的融化过程并没有明显加快；但是,当流速为0.03m/s时,12000s之前石蜡基本没有融化,其融化过程太过于缓慢,不能充分发挥相变蓄热的作用。因此,建议蓄热装置的进口流速为0.04m/s;当蓄热体间距小于55mm或者大于65mm时,液相分数的变化较大并且都有很大程度的降低；但是,当蓄热体的间距在55mm-65mm之间变化时,液相分数随着模拟过程的进行变化很小；因此,为了充分利用相变材料的潜热蓄热量,减少蓄热材料的蓄热时间,蓄热体的间距为55mm～65mm时蓄热性能较好。 利用TRNSYS软件对太阳能潜热蓄热热泵系统建立仿真模型。依据中国建筑热环境典型年的气象数据对典型日、典型月、典型年的太阳能集热器集热量、集热器获得的有用能、集热器的平均效率,系统供热性能COP的变化等进行分析。仿真结果表明：对整个采暖季来说,集热器获得的有用能增加了5.52%,有相变时热泵的COP略低于无相变时；蓄热装置的使用可以提高系统的COP,3月份最大为3.41,1月份最小为3.01。 建立了太阳能热泵系统实验平台,进行了实验研究。探讨了蓄热材料的使用对集热器进出口温度的、热泵蒸发侧进出水温度及热泵COP的影响。结果表明：有相变蓄热时,热泵的COP较低,最大差值为0.43,最小为0.24。 【关键词】：太阳能 热泵 潜热蓄热 TRNSYS模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU832.17
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-11
• 符号说明11-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景13-14
• 1.2 课题研究意义14-17
• 1.2.0 传统能源利用现状14
• 1.2.1 我国的太阳能资源14-16
• 1.2.2 太阳能热泵技术16
• 1.2.3 太阳能蓄热技术16-17
• 1.3 课题研究现状17-20
• 1.3.1 太阳能热泵研究现状17-18
• 1.3.2 蓄热技术研究现状18-20
• 1.4 目前研究存在的问题20
• 1.5 本文的主要研究内容20-21
• 第二章 太阳能热泵系统各部件模型选择21-35
• 2.1 TRNSYS软件简介21-24
• 2.2 太阳能集热器模型24-27
• 2.3 相变蓄热系统模型27-30
• 2.3.1 相变材料及其特点27-28
• 2.3.2 相变传热过程计算模型28-30
• 2.3.3 蓄热量计算30
• 2.4 水源热泵计算模型30-32
• 2.5 房间负荷数学模型32-33
• 2.6 辅助热源的选择33
• 2.7 小结33-35
• 第三章 潜热蓄热装置传热性能数值模拟分析35-61
• 3.1 相变传热问题数值求解方法35-36
• 3.2 FLUENT软件及凝固融化模型36-38
• 3.2.1 Fluent的求解步骤37
• 3.2.2 Solidification/melting模型37-38
• 3.3 数学模型的建立38-44
• 3.3.1 Fluent软件的参数设置40-41
• 3.3.2 相变材料融化过程模拟分析41-44
• 3.4 蓄热系统运行参数对相变蓄热过程的影响44-58
• 3.4.1 传热介质的温度对相变材料特性的影响44-48
• 3.4.2 进口流速对蓄热装置蓄热特性的影响48-52
• 3.4.3 蓄热体间距对蓄热特性的影响52-57
• 3.4.4 相变蓄热装置放热时的凝固过程分析57-58
• 3.5 本章小结58-61
• 第四章 热泵系统TRNSYS模拟分析61-77
• 4.1 TRNSYS系统仿真模型的建立61-64
• 4.1.1 太阳能相变蓄热热泵系统的TRNSYS各组件61-62
• 4.1.2 各组件的信息流程图62-63
• 4.1.3 软件瞬态模拟63-64
• 4.1.4 软件微分方程的求解64
• 4.1.5 系统仿真程序的调试64
• 4.2 TRNSYS仿真标准部件64-66
• 4.3 设计工况66-71
• 4.3.1 仿真部件参数66-67
• 4.3.2 仿真模拟气象参数67-70
• 4.3.3 仿真系统模型图70
• 4.3.4 仿真系统控制策略70-71
• 4.4 太阳能潜热蓄热热泵系统仿真模拟71-75
• 4.4.1 典型日的系统仿真模拟结果71-72
• 4.4.2 最冷月的系统仿真模拟结果72-73
• 4.4.3 典型年的能量消耗分析73-75
• 4.5 系统运行的经济性分析75-76
• 4.6 小结76-77
• 第五章 太阳能相变蓄热热泵系统的实验分析77-85
• 5.1 实验系统介绍77-80
• 5.1.1 实验原理图77
• 5.1.2 实验设备77-80
• 5.2 实验研究内容80
• 5.3 实验数据分析80-83
• 5.3.1 蓄热材料对集热器进出口温度的影响81-82
• 5.3.2 蓄热材料对热泵蒸发侧温度的影响82-83
• 5.3.3 蓄热材料对热泵COP的影响83
• 5.4 小结83-85
• 第六章 结论与展望85-87
• 6.1 结论85-86
• 6.2 展望86-87
• 参考文献87-91
• 致谢91-92
• 攻读学位期间发表的学术论文目录92

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟    林媛

相变蓄热装置在太阳能热泵系统中的应用    王刚;喻李葵;陈建隆;

空调系统冷凝热回收石蜡基相变材料的实验研究    王越

一种基于塔式结构的地源热泵系统设计方法    王华军;魏晋;张文秀;赵军;

太阳能热泵系统的综合评价    刘立平,葛茂泉

太阳能热泵供热水系统的实验研究    赵军,马一太,郑宗和,方承超

严寒地区太阳能—土壤源热泵相变蓄热供暖系统    韩宗伟;郑茂余;刘威;王芳;

相变材料在太阳能-地源热泵系统中的应用    王芳;郑茂余;李忠建;雷帮伟;

不可逆太阳能热泵系统集热器的最佳工作温度    林国星，严子浚

太阳能热泵技术及其供热应用    黄金保;浦绍选;

热泵辅助太阳能中央热水系统压缩机选择研究    胡伟;顾兆林;高秀峰;冯诗愚;王惠余;罗聪;

国内外石蜡类相变材料在节能方面的研究与进展    王立久;孙丹;

石蜡在相变储能中的研究与应用进展    王小鹏;张毅;李东旭;

石膏基石蜡相变储能墙板的研究进展    刘永明;李东旭;

基于新型太阳能空气源热泵供热系统的热泵性能研究(英文)    梁彩华;张小松;朱霞;李秀伟;

空气源热泵辅助供热太阳能热水系统实验研究    钟浩;李志民;罗会龙;铁燕;李明;夏朝凤;

太阳能热泵技术及其研究进展    赵宏伟;胡明辅;李勇;

带有蓄热装置的直膨式太阳能热泵系统的模拟研究    林艳;张江辉;何燕;马连湘;

石蜡类相变材料的研究及应用进展    陈枭;张仁元;毛凌波;

一种相变蓄热材料及其蓄热热回收的实验研究    章学来;王为;李志伟;李晓菲;

利用相变储能材料的热能储存技术及其应用    曹赵生;朱孝钦;胡劲;杨玉芬;常静华;全黄河;

热泵太阳能智能化集成供热系统研究与应用    盛海;刘军;韩临曦;

太阳能热泵系统的综合评价    刘立平;

相变材料蓄能研究进展及其应用    刘芳;于航;

太阳能热泵技术及其供热应用    李军凯;范亚云;

太阳能热泵技术在国内的研究与发展    刘鹏;关欣;穆志君;马虎根;

地源热泵与太阳能热水器实现生活热水联供和辅助供暖的探讨    徐晓翔;郭燕强;雷艳杰;

太阳能辅助热泵技术及其应用研究    旷玉辉;王如竹;

直膨式太阳能热泵空调及热水系统实验研究    旷玉辉;李郁武;王如竹;张雪梅;

太阳能地下混凝土存取热试验研究与数值模拟    赵研

基于系统辨识的太阳能—相变蓄热新风供暖系统控制策略研究    李鹏

太阳能新风系统设计与控制方法研究    杨军

严寒地区太阳能-土壤耦合热泵季节性土壤蓄热特性研究    张文雍

SCPC集热器及其太阳能热泵热水系统研究    穆振英

城市地下空间热能综合利用系统研究    叶凌

复合式热泵供热系统的耦合特性研究    刘逸

地埋管相变回填材料的理论分析与实验研究    雷海燕

直膨式太阳能热泵热水装置的优化分析与变容量运行研究    李郁武

电子膨胀阀开度对光伏—太阳能热泵系统性能影响的研究    王海涛

直膨式太阳能热泵热水器的模拟分析    张东

直膨式太阳能热泵热水系统性能的优化分析    李振兴

新型太阳能辅助多功能热泵系统的理论与实验研究    梁国峰

新型空气源热泵辅助供热太阳能热水系统热力性能及运行特性研究    铁燕

太阳能热泵地板辐射采暖系统特性与优化研究    程磊

基于地理管的太阳能季节性蓄热的地下传热数值分析    王艳

太阳能—空气复合热泵系统的应用技术研究    刘伟锋

模糊控制和自适应模糊神经网络控制在太阳能新风系统中的应用研究    肖爱林

太阳能空调热水一体机制热工况节能控制技术的研究    胡智勇

基于太阳能热泵技术的海水淡化集热系统及其自动控制研究    周好元

中温相变蓄热装置的蓄放热性能研究    陈超;王秀丽;尚建磊;刘铭;

空调系统热回收节能分析    孙志高,马荣生,李舒宏

谈家用空调系统冷凝热的回收利用    林宏

层次分析法—规划决策的工具    刘豹,许树柏,赵焕臣,和金生

空调冷凝热的回收利用    余颖俊,王梦云

国内外蓄热材料发展概况    刘玲,叶红卫

空调系统能量回收节能分析    孙志高,李舒宏

夏季回收制冷机冷凝热的几种方法    荣国华

土壤源热泵的研究与开发    杨卫波,董华,苏有亮,林国亮

密集型桩埋换热器管群周围土壤换热特性的数值模拟    赵军;王华军;

潜热蓄热系统的热力学分析    张玉文,陈钟颀,董志锋

PCM-1型太阳能潜热蓄热增温器的研制    唐钰成,郑瑞佩,王振国

太阳能蓄热技术研究进展    李芃;周沛;仇中柱;

NaOH/KOH二元体系蓄热性能的研究    庄正宁,曹念,李江荣

太阳能热发电高温蓄热技术    吴玉庭;张丽娜;马重芳;

潜热蓄热凝固过程的相似法求解与性能分析    何杰,龙敏贤,李宗楠

内通流体套管式潜热蓄热器充放热过程的实验分析    杨启容,孙泽权,张金翠

蓄热量高于水四十倍的长寿命蓄热材料    章树荣

潜热蓄热    陆龙波

一种新型高温复合相变蓄热材料的制备    张兴雪;王华;王胜林;张翅远;

MATLAB和TRNSYS实时动态仿真技术    张文彬;杜志敏;晋欣桥;范波;杨臣;

南京朗诗国际街区B1区1～6号楼能耗分析    王永红;袁东立;孙丽婧;程洪涛;

新型陶瓷蓄热材料的开发研究    李朝祥;王雪松;王耀卿;

太阳能地板辐射采暖系统在连续运行时的系统特性研究    孟二林;王子介;张奕;于航;

热水/电能一体化相变蓄热水箱的设计    汪玺;袁艳平;邓志辉;张文婷;王怡佳;

北京地区居住建筑太阳能—土壤源热泵系统联合运行的应用分析    潘玉亮;徐伟;

相变材料与太阳能利用的探讨    张华锋;张志刚;

介绍一种结构简单的RTO废气焚烧炉    曾光龙;

高超声速风洞用蓄热式加热器    黄河激;潘文霞;吴承康;

相变材料的一步低热固相化学合成及其热性能    柴卉;曾令可;刘平安;王慧;程小苏;税安泽;

高密度蓄热材料有效促进降耗减排    付毅飞

日本COURSE50研发最新进展    全荣

日本制定节能技术开发新战略    记者　阎海防

吊炕搭砌技术要点    迁安市科学技术局 于爱民

“新燃烧方式”服务节能减排    冯永锋

牧民喜欢的“科技房”    本报记者 马悍德

电采暖入编国家暖通标准 红外辐射器掀起采暖革命    本报记者 王春生

美国建筑节能措施    五合

耐火材料在加热炉上的发展和应用（4）    薛文东

包头市利用清洁能源暖万家    记者 祝福

太阳能热泵潜热蓄热供暖系统性能研究    韩宗伟

高温相变蓄热过程流动与传递规律    杨小平

三套管蓄能型太阳能与空气源热泵集成系统实验与模拟    杨灵艳

机械压汽蒸馏技术的实验应用与仿真研究    焦冬生

复合相变储能材料的研制与潜热储能中热物理现象的研究    夏莉

定形相变材料的制备与建筑节能应用    孟多

融盐自发浸渗过程与微米级多孔陶瓷基复合相变储能材料研究    黄金

太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化研究    李宪莉

热光伏系统的实验和理论研究    吴玺

太阳能潜热蓄热装置参数优化及热泵系统TRNSYS模拟    张飞飞

开式冷水型转轮除湿空调实验研究与TRNSYS模拟优化    唐正艳

基于TRNSYS的空调系统自动控制仿真器的开发    迟光亮

基于TRNSYS地源热泵系统模型的建立与应用    杨鹏

基于TRNSYS的太阳能耦合土壤源热泵系统仿真研究    尹丽媛

基于TRNSYS的中央空调冷却水系统节能优化仿真研究    刘洋

地源热泵的TRNSYS模拟与实验研究    胥晓旸

太阳能吸收式制冷系统研究    谢文韬

燃气空调水系统控制策略研究    周春慧

混合式地源热泵系统的TRNSYS模拟研究    李松波