小型太阳能跨季节储热特性研究

【摘要】：太阳能在当前的社会有着广泛的应用，其作为洁净的可再生能源有着独特的优势与应用前景。由于其在时间分布上具有不平衡性，因此我们对太阳能储热进行研究，提出采用地埋储热水箱来打破太阳能分布在时间上的不平衡性。到目前为止，针对该方面的并不充分，尤其是对于地下储热水箱散热的特性。鉴于此，本文提出将自然对流系数折算成导热系数，并利用模拟的方法对地埋储热水箱温降规律进行模拟。进行的主要工作如下 本文分析了太阳能热水系统的运行理论基础，提出了地下储热水箱的物理模型以及数学模型，从理论上分析了储热水箱地下换热的特性。为了弄清楚地下换热的规律，本文利用FLUENT软件来模拟地下换热，但是由于存在自然对流换热，使得模拟的效率非常低，因此提出了将自然对流细算折算为导热系数，提高了模拟的效率，并对模型进行了模拟，对比模拟结果，此方法的可靠性较高。 鉴于目前对于地埋储热水箱的地下换热研究较少，本文对9种不同体积的地埋储热水箱，并且选取不同尺寸的保温层厚度进行模拟，说明了地埋储热水箱的温降规律，为在湖南地区采用本系统提供了有效的依据。本文对模拟所得的结果进行进一步的分析，得出了不同体积的储热水箱在保证生活热水温度的情况下最佳的保温层厚度，为具体的工程应用提供了有益的依据。 在本文最后分析了跨季节系统的经济性和环境效益，说明其具有较强的竞争力，为推广使用起到有力的支撑作用。 【关键词】：太阳能跨季节储热 地埋储热水箱 自然对流系数 FLUENT模拟 保温层厚度
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK519
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 插图索引10-11
• 附表索引11-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 研究背景12-17
• 1.1.1 我国太阳能资源地域的分布情况12-14
• 1.1.2 太阳能热水系统的优势14-15
• 1.1.3 太阳能热水系统的发展15-17
• 1.1.4 湖南地区太阳能热水应用的前景17
• 1.1.5 太阳能跨季节储存的现实意义17
• 1.2 太阳能跨季节热储存的研究17-21
• 1.2.1 太阳能储热的分类18-19
• 1.2.2 CSHPSS 系统的介绍19-20
• 1.2.3 CSHPSS 系统的发展20-21
• 1.2.4 湖南地区使用 CSHPSS 系统的提出21
• 1.3 本文研究的主要内容21-24
• 1.3.1 湖南地区 CSHPSS 系统利用中的问题22
• 1.3.2 研究内容22
• 1.3.3 文章结构22-24
• 第2章 储热水箱 CSHPSS 系统分析24-39
• 2.1 太阳能总辐射计算24-27
• 2.1.1 太阳角度的有关计算24
• 2.1.2 日照时间的计算24-25
• 2.1.3 太阳辐射的直射强度25-26
• 2.1.4 太阳辐射的散射强度26-27
• 2.2 平板式太阳能集热器27-33
• 2.2.1 平板式太阳能集热器介绍27-28
• 2.2.2 平板式太阳能集热器的理论分析28-30
• 2.2.3 太阳能热水系统的介质选取30-31
• 2.2.4 生活热水的要求31-32
• 2.2.5 太阳能热水系统运行方式32-33
• 2.3 系统模型33-37
• 2.3.1 集热器模型34
• 2.3.2 地下储热水箱模型34-37
• 2.4 储热水箱物理模型37
• 2.5 储热水箱数学模型37-38
• 2.6 小结38-39
• 第3章 太阳能跨季节储存模拟相关参数设置39-52
• 3.1 FLUENT 软件介绍39-41
• 3.1.1 FLUENT 软件开发背景39-40
• 3.1.2 FLUENT 软件功能介绍40
• 3.1.3 研究内容以及对象40-41
• 3.2 换热热阻分析41-44
• 3.2.1 自然对流热阻分析41-43
• 3.2.2 储热水箱热阻43
• 3.2.3 储热水箱模拟对比分析43-44
• 3.3 土壤温度44-48
• 3.3.1 土壤表面温度45
• 3.3.2 土壤初始温度分布45-48
• 3.4 模型体积参数选取48
• 3.4.1 储热水箱体积48
• 3.4.2 保温层选取48
• 3.5 初始条件和边界条件48-50
• 3.5.1 初始条件48-49
• 3.5.2 边界条件49-50
• 3.6 模拟流程50-51
• 3.7 小结51-52
• 第4章 太阳能跨季节储热系统模拟结果分析52-62
• 4.1 正方体储热水箱中热水的温降规律52-55
• 4.1.1 A3 储热水箱中热水温度温度变化规律52-53
• 4.1.2 A4 储热水箱中热水温度温度变化规律53-54
• 4.1.3 A5 储热水箱中热水温度温度变化规律54-55
• 4.2 圆柱体储热水箱中热水的温降规律55-58
• 4.2.1 B3 储热水箱中热水温度温度变化规律55-56
• 4.2.2 B4 储热水箱中热水温度温度变化规律56-57
• 4.2.3 B5 储热水箱中热水温度温度变化规律57-58
• 4.3 球体储热水箱的温降规律58-61
• 4.3.1 C3 储热水箱中热水温度温度变化规律58-59
• 4.3.2 C4 储热水箱中热水温度温度变化规律59-60
• 4.3.3 C5 储热水箱中热水温度温度变化规律60-61
• 4.4 小结61-62
• 第5章 经济性分析与环境效益62-68
• 5.1 经济性分析62-66
• 5.1.1 经济性分析的方法62-63
• 5.1.2 各个热源值比较63
• 5.1.3 初投资及运行费用63-66
• 5.2 环境效益分析66-67
• 5.3 小结67-68
• 结论与建议68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 附录 A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）74-75
• 附录 B （攻读学位期间所发参与研究的项目目录）75

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