全玻璃真空管太陽熱水器因其結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良、性價比高的特點,在我國得到了廣泛的應(yīng)用。其夜間熱損失的多少不僅影響著為用戶供應(yīng)熱能的穩(wěn)定性,還影響著熱水器夜間的抗寒防凍能力。目前,國內(nèi)外關(guān)于熱水器集熱性能方面的研究已有很多,而定量分析多因素對夜間熱損失的影響以及夜間熱水器內(nèi)流動傳熱特征的研究還沒有。本文以全玻璃真空管太陽熱水器為研究對象,首先對夜間散熱過程進行了理論分析,找出了影響熱水器夜間熱損失的關(guān)鍵因素。為了揭示初始溫度、環(huán)境溫度、風(fēng)速等外界因素對熱水器夜間熱損失的影響,搭建了全玻璃真空管太陽熱水器熱損失測試平臺,進行了連續(xù)14天的夜間熱損失試驗。根據(jù)試驗結(jié)果分析得到貯熱水箱對流熱損失、真空管輻射熱損失和對流熱損失占熱水器總熱損失的比例,得到了外界因素與熱水器夜間熱損失的多元線性回歸方程。為分析熱水器貯熱水箱保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)、保溫層厚度以及真空管涂層發(fā)射率等自身結(jié)構(gòu)參數(shù)對夜間熱水器熱損失的影響,利用CFD軟件對全玻璃真空管太陽熱水器夜間的散熱過程進行了模擬研究。在得到了熱水器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)對夜間熱損失的影響的同時,還揭示了熱水器散熱過程中流動傳熱的規(guī)律。主要內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)在熱水器夜間散熱的過程中,貯熱水箱由于向周圍環(huán)境散熱,貼近壁面處的流體溫度率先下降,密度變大,沿著水箱壁面向下流動,速度較大,其余部位流體的流速很小。同樣,貼近真空管壁面處的流體也向下流動,管內(nèi)溫度較高的流體在浮升力的作用下向上流動,并迫使一部分還未到達真空管底部的冷流體一起回流進入水箱。此時,水箱與真空管聯(lián)結(jié)處出現(xiàn)隨機的漩渦。隨著散熱的進行,整個熱水器內(nèi)溫度分層越來越明顯,流體的流速愈來愈小,管內(nèi)靜止區(qū)域逐漸擴大。(2)夜間熱水器的熱損失主要包括水箱的對流熱損失、真空管的對流熱損失和輻射熱損失。其中,真空管的輻射熱損失最大,約占熱水器總熱損失的57.8%。其次是水箱的對流熱損失,占比約為32.1%。真空管的對流熱損失最小,約占3.7%。其余熱損失為水箱和真空管聯(lián)結(jié)等其他因素引起的熱損失。(3)在熱水器結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的條件下,采用多元線性回歸方法分析了初始溫度、環(huán)境溫度和風(fēng)速對貯熱水箱夜間溫降、真空管夜間溫降以及熱水器夜間熱損失的影響,具體結(jié)果如下:水箱初始溫度每增加1℃,其夜間溫降增加0.15℃,熱水器夜間熱損失增加0.13 MJ;真空管初始溫度每增加1℃,其夜間溫降增加0.53℃,熱水器夜間熱損失增加0.22 MJ;平均環(huán)境溫度每增加1℃,水箱夜間溫降減少0.08℃,真空管夜間溫降減少0.26℃,熱水器夜間熱損失減少0.18 MJ;平均風(fēng)速每增加1 m/s,水箱夜間溫降增加0.11℃,真空管夜間溫降增加0.01℃,熱水器夜間熱損失增加0.10 MJ。(4)對于貯熱水箱保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.035 W/(m·K)、保溫層厚度為50 mm、真空管涂層發(fā)射率為0.06的熱水器,選用導(dǎo)熱系數(shù)為0.020 W/(m·K)的保溫材料時,熱水器夜間熱損失可減少8.5%;選用60 mm厚的保溫層時,熱水器夜間熱損失可減少5.0%;選用涂層發(fā)射率為0.05的真空管時,熱水器夜間熱損失可減少4.0%。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK515
【部分圖文】：

全玻璃真空管太陽熱水器夜間散熱特性研究境和節(jié)能減排作出了很大的貢獻，同時也取得了很好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益[221.1.2 太陽熱水器（一）太陽熱水器的構(gòu)成太陽熱水器是將太陽光的輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軅鬟f給水，從而獲得熱水的一裝置[23]。太陽熱水器主要由太陽能集熱器、貯熱水箱以及支架組成。1）太陽能集熱器太陽能集熱器是將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為輸運工質(zhì)（通常是空氣或水）內(nèi)能的種熱交換器[24]。大致可以分為兩類：平板型集熱器和真空管型集熱器[25]。

全玻璃真空管太陽熱水器夜間散熱特性研究境和節(jié)能減排作出了很大的貢獻，同時也取得了很好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益[221.1.2 太陽熱水器（一）太陽熱水器的構(gòu)成太陽熱水器是將太陽光的輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軅鬟f給水，從而獲得熱水的一裝置[23]。太陽熱水器主要由太陽能集熱器、貯熱水箱以及支架組成。1）太陽能集熱器太陽能集熱器是將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為輸運工質(zhì)（通常是空氣或水）內(nèi)能的種熱交換器[24]。大致可以分為兩類：平板型集熱器和真空管型集熱器[25]。

全玻璃真空管太陽熱水器夜間散熱特性研究內(nèi)外玻璃管之間的真空夾層有助于減少其對流和導(dǎo)熱熱損度是保證熱水器產(chǎn)品質(zhì)量和使用年限的重要性能指標。根管的真空度應(yīng)當(dāng)不大于 5×10-2Pa[32]。

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本文編號：2811850