工业用太阳能热水系统动态仿真及（火用）分析

【摘要】：太阳能热水系统作为一种新能源利用技术,在我国得到广泛应用。在严峻的能源形势下,工业领域能源消耗量居高不下,促使诸多学者和科研院校开始着手太阳能热水系统在工业领域应用的研究。但目前的研究主要采用实验和数值模拟的方法,随着用户对系统要求的提高,使实验和数值模拟的难度增大。 本文采用动态仿真的研究方法,以太阳能热水系统作为研究对象,进行理论分析,建立各设备动态模型,结合工业用热水的特点提出了温差控制、定温控制、定水位控制以及最低水位保护等控制策略,运用SIMUlink动态仿真的方法,创建各设备与系统的仿真模型,通过仿真分析系统运行动态特征,同时探讨和分析影响系统运行的关键因素。 仿真结果显示:采用预热水箱和供热水箱双水箱系统,且对其采用定温控制和定水位控制,系统能满足末端供水需求;预热水箱体积越大,系统运行稳定性和抗干扰能力越强;末端供水流量越大,系统运行安全性和稳定性较差;降低预热水箱的设定温度能缩短系统趋于稳定的时间;系统趋于稳定的时间受系统补水流量大小的影响,补水流量越大,系统越容易趋于稳定,但系统稳定时水箱内水温将降低;太阳辐射强度对系统稳定时间和恢复时间影响较大,对系统失控时间影响较小。为工业用太阳能热水系统的进一步研究以及系统的设计与优化提供了理论依据。 同时本文从(火用)的角度对该系统的能量利用率、热力完善度进行了分析和计算,结果显示能量损失和(火用)损失最大的部件均为太阳能集热器,从而为后续研究提供了方向性的参考价值。 【关键词】：工业用太阳能热水系统 SIMUlink 控制策略 (火用)分析
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU822
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 太阳能资源10-12
• 1.2.1 太阳辐射10-11
• 1.2.2 我国太阳能资源11-12
• 1.3 太阳能热利用形式12-13
• 1.4 研究现状分析13-17
• 1.4.1 国外研究现状14-15
• 1.4.2 国内研究现状15-16
• 1.4.3 MATLAB/SIMUlink16-17
• 1.5 研究意义及内容17-19
• 1.5.1 研究意义17-18
• 1.5.2 研究内容18-19
• 第二章 工业用太阳能热水系统的选择19-25
• 2.1 工业用太阳能热水的特点19
• 2.2 太阳能热水系统的选择19-21
• 2.3 集热器类型选择21-23
• 2.3.1 平板型集热器21-22
• 2.3.2 真空管集热器22
• 2.3.3 集热器类型选择22-23
• 2.4 太阳能集热器面积计算23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 太阳辐射强度的仿真25-32
• 3.1 太阳角25-27
• 3.2 太阳辐射强度计算27-29
• 3.2.1 大气质量27
• 3.2.2 水平面太阳辐射计算27-28
• 3.2.3 倾斜面太阳辐射计算28-29
• 3.3 太阳辐射强度仿真29-31
• 3.3.1 太阳辐射强度仿真模型29-30
• 3.3.2 太阳辐射强度仿真计算30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 工业用太阳能热水系统仿真分析32-63
• 4.1 工业用太阳能热水系统数学模型32-38
• 4.1.1 平板型集热器数学模型33-34
• 4.1.2 预热水箱数学模型34-36
• 4.1.3 供热水箱数学模型36-37
• 4.1.4 热交换器数学模型37-38
• 4.2 SIMUlink 系统仿真模型38-44
• 4.2.1 平板型集热器仿真模块38-40
• 4.2.2 预热水箱仿真模块40-43
• 4.2.3 供热水箱仿真模块43-44
• 4.3 控制系统44-50
• 4.3.1 控制原理概述44-48
• 4.3.2 系统控制策略48-50
• 4.4 模拟结果及分析50-54
• 4.5 系统优化策略探讨54-59
• 4.5.1 预热水箱体积影响54-55
• 4.5.2 末端供水流量影响55-56
• 4.5.3 预热水箱设定温度影响56-58
• 4.5.4 补水流量影响58-59
• 4.6 系统区域选择性探讨59-62
• 4.6.1 预热水箱体积影响59-60
• 4.6.2 末端供水流量影响60-62
• 4.7 本章小结62-63
• 第五章 （火用）及经济性分析63-71
• 5.1 （火用）分析63-68
• 5.1.1 （火用）63-65
• 5.1.2 （火用）效率65
• 5.1.3 系统（火用）分析65-68
• 5.2 节能量与减排量分析68-69
• 5.3 经济性分析69-71
• 第六章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-76
• 发表论文和参加科研情况说明76-77
• 致谢77

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