换热式太阳能热水器模型建立与仿真分析

摘要

在经济发展迅速增长的时代背景下，能源过度消耗已成为人类亟待解决的关键性问题。由此而发的新能源产业在各国政策的推动下日益兴盛。我国在发展规划中明确提出对太阳能热利用，尤其是对太阳能热水器的大力发展推广。使得太阳能热水产业有了广阔的发展前景。目前，应用较广泛的有全玻璃真空管太阳能热水器和平板型太阳能热水器。这两种热水器在生产工艺技术上较为成熟，但都存在集热效率不高、用水清洁度得不到保证、热水使用不连续等不足之处。因此本文基于水质及能量不连续问题，设计了一种换热式太阳能热水器。
　　 本文首先在已设定负荷条件下，以传热学原理及工程设计应用为基础，对换热式太阳能热水器进行了理论设计计算。在确定各组件尺寸及型号基础上，完成了换热式太阳能集热器实验平台的搭建。其次，根据系统物理模型分析了全玻璃真空管内、真空管与水箱掺混过程、系统整体守恒三部分中流体的传热特性分析，并建立了相应数学模型。第三，通过实验平台测试换热式太阳能热水器相关传热参数，主要包括:保温水箱内流体温度变化规律及不同流速时盘管进、出口流体温度变化规律。分析得:由数学模型计算出的保温水箱平均温度与盘管出口流体温度理论值与实测值曲线较为吻合，前者误差范围在2％-4％，后者为5％。验证了所建立数学模型的合理和正确性。最后，以实验测量值作为仿真参数，基于有限元方法对盘管换热器内部传热过程进行分析。仿真得到盘管出口温度与实测温度间偏差为3％-5.6％，且通过温度场云图实现对盘管内部传热效果的可视化研究。

目录

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摘要

变量表

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 太阳能产业发展前景

1．3 换热式太阳能热水器研究进展

1．4 课题研究目的及意义

1．5 课题来源及主要研究内容

第二章 换热式太阳能热水器实验平台搭建

2．1 换热式太阳能热水器

2．2 系统构成及工作原理

2．3 换热式太阳能热水器设计计算

2．4 系统主要参数确定

2．5 系统实验台搭建

2．6 本章小结

第三章 换热式太阳能热水器数学模型的建立

3．1 换热式太阳能热水器能量传递分析

3．2 真空管传热模型

3．3 真空管与水箱内流体掺混过程传热分析

3．4 系统整体数学模型的建立

3．5 本章小结

第四章 系统实验验证与分析

4．1 实验概述

4．2 实验结果与分析

4．3 系统热效率

4．4 本章小结

第五章 盘管换热器传热特性数值模拟

5．1 CFD与Ansys13．0 workbench概述

5．2 ANSYS13．0 Workbench数值模拟求解过程

5．3 盘管换热器数值模拟求解

5．4 盘管数值模拟结果分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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