太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能、安全、環(huán)保,是應(yīng)用最廣泛的清潔能源熱水系統(tǒng)之一,作為儲熱裝置的儲熱水箱設(shè)計對太陽能熱水系統(tǒng)的工作效率有很大的影響。目前市場上的電輔助太陽能熱水系統(tǒng)經(jīng)常會有加熱過多的水,而造成能源浪費(fèi)的現(xiàn)象。為了解決這一問題,本文基于計算流體力學(xué)(CFD)模擬優(yōu)化一種太陽能分層加熱儲熱水箱,期望達(dá)到按照需要熱水量進(jìn)行加熱的目的。 本文采用計算流體力學(xué)技術(shù)對儲熱水箱內(nèi)的流場進(jìn)行計算模擬。在模擬過程中,用GAMBIT以及Ansys ICEM軟件對計算區(qū)域生成計算網(wǎng)格,選擇層流模型對其進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬分析。影響儲熱水箱分層加熱的主要有四個因素：從加熱水箱導(dǎo)入到儲熱水箱的熱水的溫度(T),熱水導(dǎo)管的直徑(D)和高度(H),電加熱器的功率(P)。根據(jù)模擬結(jié)果,搭建試驗(yàn)平臺,驗(yàn)證計算模擬的正確性。對水箱內(nèi)流場進(jìn)行正交模擬分析,并定義了熱量輸入利用率η來判斷儲熱水箱的分層加熱效果的優(yōu)劣。通過結(jié)果分析得到以下結(jié)論： 1、新型儲熱水箱能夠?qū)崿F(xiàn)分層加熱,按需水量進(jìn)行加熱的目的。 2、通過二維模擬,可知新型分層加熱儲熱水箱中的熱水導(dǎo)管的高度是影響儲熱水箱分層加熱的關(guān)鍵因素。對于高1600mm,直徑360mm的水箱,最佳的導(dǎo)管高度為1200mm；熱水從加熱水箱流到儲熱水箱的速度應(yīng)≥0.012m/s,否則儲熱水箱內(nèi)容易出現(xiàn)冷熱水混亂嚴(yán)重的現(xiàn)象；16組模擬中,當(dāng)T=333K, D=32mm, H=1200mm, P=2kW時,儲熱水箱內(nèi)溫度分層明顯,熱量輸入利用率η最高。 3、將試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果相對比,二者之間具有較好的一致性,一定程度上驗(yàn)證了模擬的正確性�；贑FD模擬分析儲熱水箱的流場,對儲熱水箱的設(shè)計有一定的指導(dǎo)性意義。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：S214.2
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 概述
    1.2 太陽能儲熱水箱的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 太陽能儲熱水箱的水溫分層研究
        1.2.2 太陽能儲熱水箱的分層加熱研究
    1.3 主要研究內(nèi)容與目標(biāo)
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 研究目標(biāo)
    1.4 研究的技術(shù)路線及設(shè)備
        1.4.1 技術(shù)路線
        1.4.2 研究設(shè)備
第2章 計算流體力學(xué)理論基礎(chǔ)
    2.1 計算流體力學(xué)(CFD)概述
    2.2 計算流體力學(xué)的思想
    2.3 計算流體力學(xué)的特點(diǎn)
    2.4 對控制方程的離散方法
        2.4.1 概述
        2.4.2 有限體積法
    2.5 湍流數(shù)值模擬方法
    2.6 湍流模型
    2.7 區(qū)域離散
        2.7.1 網(wǎng)格類型
        2.7.2 生成網(wǎng)格的類型
第3章 新型分層加熱儲熱水箱設(shè)計
    3.1 新型太陽能分層加熱儲熱水箱設(shè)計
    3.2 不同熱源新型儲熱水箱設(shè)計
第4章 儲熱水箱數(shù)值模擬
    4.1 橫擬的目的與計算軟件的選擇
    4.2 儲熱水箱的物理模型建立與網(wǎng)格劃分
        4.2.1 定義物理模型
        4.2.2 模型的簡化與假設(shè)
        4.2.3 模型網(wǎng)格劃分
    4.3 計算模型的選擇與設(shè)置
        4.3.1 求解器和計算模型
        4.3.2 材料特性
        4.3.3 運(yùn)行條件
        4.3.4 邊界條件
        4.3.5 控制條件
        4.3.6 亞松弛因子設(shè)置
        4.3.7 初始化設(shè)置
        4.3.8 殘差設(shè)置
        4.3.9 迭代設(shè)置
    4.4 計算結(jié)果與分析
        4.4.1 典型的流場類型
        4.4.2 四組水溫分層明顯的儲熱水箱
第5章 儲熱水箱的三維模擬及試驗(yàn)驗(yàn)證
    5.1 模型網(wǎng)格劃分
    5.2 計算設(shè)置
        5.2.1 求解器和計算模型
        5.2.2 材料特性
        5.2.3 運(yùn)行條件
        5.2.4 邊界條件
        5.2.5 控制條件
    5.3 計算結(jié)果與分析
    5.4 試驗(yàn)驗(yàn)證
        5.4.1 建立試驗(yàn)系統(tǒng)
        5.4.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
第6章 結(jié)論及展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
    6.3 研究的創(chuàng)新點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
作者簡介

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2844903