寒区温室太阳能—锅炉联合供热系统设计及模拟研究

【摘要】： 温室农业是一种高投入、高技术、高产出、高效益的集约化市场产业,它能充分利用有限的光热资源,通过增强人的主观调控能力,最大限度的减弱气候不利因素的影响,从根本上改变露地栽培的传统生产模式,大幅度地提高作物的产量、质量、经济效益。自上世纪80年代引入我国后,取得了长足发展,但由于种种原因,特别是能耗过大,运行费用高,管理不善,很多都是勉强维持生产,大部分不得不宣告失败。 在世界能源紧缺、国家大力提倡节能和开发新能源的背景下,本文提出了寒区温室采用太阳能—锅炉联合供热系统及主要的组成部件,提出了具体的运行方案,并且对三种不同的运行工况分别建立了数学模型求解方法。依据工程热力学、流体力学、传热学等基础理论,建立一个温室物理模型,分析了温室的传热特性,建立了传热模型,建立了稳态的模型和热平衡方程,对其传热方程组进行了闭合求解。分析了影响温室冬季采暖热负荷的因素。 本文以东北农业大学重点试验温室为实例,使用清华大学编制的能耗分析软件DEST-h计算了采暖期温室的动态负荷,根据室外气象参数、太阳辐射强度和集热器的面积等条件,利用太阳能辐射的基础理论知识计算出动态太阳能集热量,根据计算结果,分析太阳能—锅炉联运行时两者供热量的配比关系。 现代温室很多主要种植花卉等植物,对温室内热环境的要求比较高,这使得温室内微气候的研究必不可少。本文采用CFD软件Fluent对温室实例内部的温度场进行数值模拟,比较散热器在不同布置情况下对温度场的影响,优化散热器的布置使温室的温度场更符合植物生长要求。 【关键词】：温室 太阳能 联合供热 数值模拟
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TU833
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内在温室业发展的研究现状及分析11-14
• 1.2.1 我国温室业发展现状11-12
• 1.2.2 我国温室供热技术研究现状与分析12-13
• 1.2.3 我国温室微气候研究及数值模拟13-14
• 1.3 国外温室业发展及数值模拟的研究现状14-16
• 1.3.1 国外温室业的发展现状14-15
• 1.3.2 国外温室微气候的研究15-16
• 1.4 本课题的研究目的和主要工作16-19
• 1.4.1 研究目的16-17
• 1.4.2 本课题主要工作17-19
• 第2章 北方温室气候区划分及太阳辐射基础19-25
• 2.1 我国的太阳能资源19-20
• 2.2 我国现代温室气候区划分20-21
• 2.3 太阳辐射21-24
• 2.3.1 太阳位置的计算21-22
• 2.3.2 太阳常数22-23
• 2.3.3 晴天太阳幅射的计算23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 太阳能—锅炉联合供热系统设计与数学模型25-36
• 3.1 太阳能与锅炉联合供热系统25-26
• 3.2 联合系统的基本组成26-29
• 3.2.1 太阳能集热器26-27
• 3.2.2 锅炉27-28
• 3.2.3 换热器28
• 3.2.4 储热水箱28-29
• 3.2.5 管道及附件29
• 3.3 联合供热系统运行基本方案29-30
• 3.4 温室太阳能和锅炉联合供热系统数学模型30-35
• 3.4.1 太阳能单热源运行的数学模型30-32
• 3.4.2 太阳能与锅炉联合运行的数学模型32-34
• 3.4.3 锅炉单热源运行数学模型34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 温室传热模型及求解方法36-44
• 4.1 温室传热示意图36-37
• 4.2 温室传热数学模型37-39
• 4.3 温室传热模型的简化及求解39-43
• 4.3.1 温室模型的简化39-40
• 4.3.2 各传热参数计算40-41
• 4.3.3 围护结构表面热平衡方程的建立41-42
• 4.3.4 传热模型的闭合求解42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 温室冬季热负荷计算及系统运行分析44-58
• 5.1 温室冬季热负荷影响因素分析44-46
• 5.1.1 温室作物对温度的要求44-45
• 5.1.2 温室室内计算温度45
• 5.1.3 温室室外计算温度45-46
• 5.1.4 温室的围护结构46
• 5.2 动态负荷计算方法46-47
• 5.2.1 常用动态负荷计算方法46-47
• 5.2.2 DEST-h软件简介47
• 5.3 温室物理模型及基本参数47-48
• 5.4 负荷计算结果及分析48-51
• 5.5 太阳能集热量的计算51-54
• 5.5.1 太阳高度角计算51-52
• 5.5.2 太阳辐射强度52-53
• 5.5.3 集热效率53
• 5.5.4 集热量计算结果53-54
• 5.6 系统动态运行分析54-56
• 5.6.1 太阳能单热源供热的动态分析54-55
• 5.6.2 太阳能—锅炉联合供热的动态分析55-56
• 5.6.3 锅炉单热源供热的动态分析56
• 5.7 本章小结56-58
• 第6章 温室温度场的数值模拟58-70
• 6.1 温室几何模型的建立58
• 6.2 温室模型的主要假设58-59
• 6.3 数值计算的基本方程59-61
• 6.4 边界条件的设置61-63
• 6.4.1 温室外墙及屋顶边界条件61
• 6.4.2 温室地面边界条件61
• 6.4.3 散热器边界条件61-63
• 6.5 温室的数值模拟结果63-69
• 6.5.1 散热器靠墙布置的模拟结果63-66
• 6.5.2 顶部加散热管的模拟结果66-69
• 6.6 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-77
• 致谢77

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