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太阳能潜热蓄热装置参数优化及热泵系统TRNSYS模拟

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:56:15
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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

【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


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