Effect of obstacles with different opening means on thermal stratification in hot water storage tanks

为研究具有内置隔板的太阳能蓄热水箱隔板开孔尺寸及位置对其内部热分层效果的影响,对9种隔板开孔位置的太阳能蓄热水箱内温度场进行了数值分析,结果显示：在相同的流动参数及开孔面积条件下,隔板中心开1个圆孔的水箱热分层效果最好。对于多开孔的水箱,开孔位置对水箱内热分层影响不大,但对蓄热量影响显著。对于隔板中心开1个圆孔的水箱,在不同流动参数条件下,冷、热水出口温差随着冷水入口流速的增大呈先增后减的趋势,当冷水入口流速大于0.9 m/s时,减弱了热分层的稳定性。     

蓄热水箱的热分层研究进展

太阳能热水系统中蓄热水箱热分层的研究,已经成为目前提高太阳能集热器效率和太阳能保证效率的重要方向,良好的热分层一方面可以降低进入集热器的温度,减少传热损失,提高集热器效率;另一方面可以提高水箱内可被利用的高温水量,减少辅助加热量,从而提高整个太阳能热水系统的性能。综合国内外文献,总结了蓄热水箱热分层现象,热分层的数学模型以及影响因素,并展望了热分层蓄热水箱的研究趋势。     

太阳能系统水箱内部流动与换热的实验与数值研究

采用实验和数值模拟的方法,分析了太阳能系统中水箱内部流动与换热情况。换热水箱尺寸为450 mm×400 mm×500 mm,水箱内部中心位置布置15层螺旋管。太阳能系统产生的热水从螺旋管顶端入口流入,从底端出口流出。冷水从换热水箱下部入口流入,从换热水箱上部出口流出。对比2015年9月30日到10月3日连续4 d实验结果的平均值与数值模拟结果,换热水箱内部中心温度两者最大误差为5.1%,冷水出口温度两者最大误差为2.1%。实验和模拟研究发现:冷水进口质量流量在0.03~0.1 kg/s内,冷水温升为10~15℃;换热水箱内部温度分层现象明显,有利于获得较高的出水温度。     

建筑用太阳能光热相变储能瓦片设计

为了解决太阳能不连续、不稳定的问题,在传统的太阳能光热系统中,创新性地加入了相变储能模块,并利用相变温度为58℃的相变材料,持续地向用户提供热水。在此太阳能光热系统中,太阳能光热被转化为显热和潜热并储存起来,这样能够显著提高太阳能的综合利用率。研究结果表明:串联方式下,相变材料的蓄热时间较短,并且当循环水入口流量为0.3 L/min时,相变材料的蓄热时间最短,为134 min;并联方式下,夜间相变储能瓦片的热水生成量较大,并且当循环水出口流量为0.5 L/min时,热水的生成量为9.6 L。     

主动太阳能采暖供水管流量规律研究

通过对集热器有效集热量、建筑热负荷、蓄热系统蓄热量、蓄热水箱损失以及蓄热水箱温度的理论分析,建立了太阳能采暖供水管流量数学模型,且分别在不同太阳辐射强度与不同建筑热负荷波动规律下进行模拟分析,得出蓄热水箱温度变化规律以及各种情况下采暖供水管流量变化规律.结果表明:蓄热水箱温度受太阳辐射强度波动规律影响较大,受建筑热负荷波动规律影响较小,其中蓄热水箱温度基本在30～70℃之间;太阳辐射强度相同,建筑热负荷越大所需采暖管流量也越大,流量最大、最小值分别可达到0.810、0.008kg/s;随着太阳辐射强度波动规律的增大,采暖管流量波动规律亦相应增大.     

新型进水结构对太阳能分层水箱热特性影响的研究

蓄热技术是太阳能光热利用的重要组成部分,而以水作为蓄热介质的中低温蓄热技术是太阳能热利用系统中的关键技术之一。本研究设计了一种新型进口均流器,并搭建了一套储热水箱热力学特性测试实验台。在初始水温50℃、进水温度20℃的工况下,分析对比了不同流量下储热水箱的热力学特性。结果显示:均流器提高了分层蓄热水箱的分层效果以及水箱的效率。在同一进口流量下,水箱的热分层效率先增大后减小。而随着无量纲时间的增加,水箱的火用效率逐步降低,此外,水箱的火用效率还随着流量的增加,先增大后减小。当无量纲时间为0.6时,进口流量分别为1.14、3.16和6.11 L/min时,水箱的火用效率分别为85.9%、90.7%和83.9%。     

相变蓄热水箱的设计与运行特性研究

以肉豆蔻酸/膨胀石墨作为储热相变材料,分析肉豆蔻酸/膨胀石墨应用于水箱蓄热的可行性,计算出相变蓄热水箱临界取热温差为103.1℃,研制一种具有均流结构的相变蓄热水箱,并在此基础上设计一套用于测试相变蓄热水箱运行特性的实验系统。实验研究不同蓄热温度、储热单元数量和水箱内不同流速下相变蓄热水箱的蓄/放热特性。研究结果表明:融化过程中,较大的温差能加快相变材料的蓄热速率;在凝固过程中,为使储热单元热量释放出最多的可利用热量,水箱内水流速率取0.012m/s较适宜;相变单元可有效降低水箱内热水温度的下降速率,在包含150L蓄热介质的水箱中,取热温差为30℃,流量为3.3L/min的情况下,当蓄热单元占用水箱体积9.84%时,可比相同体积常规蓄热水箱多提供20%温度不低于40℃的热水。     

均流结构蓄热水箱热特性的模拟与实验研究

蓄热技术是太阳能光热利用的重要组成部分,而以水作为蓄热介质的中低温蓄热技术是太阳能热利用系统中的关键技术之一。本文提出并设计一种用于提高蓄热水箱热分层特性的新型均流器,在初始水温70℃、进水温度10℃的工况下,测试得到了水箱的热力学特性,并基于ANSYS软件建立该水箱的数学模型,研究结果表明随着进口流量的增大,水箱中斜温层的厚度和混合数(MIX number)先减小后变大,填充效率先变大后减小,而理查森数(Ri)减小,当流量为3 L/min时,水箱的热分层效果最好,效率最高。实验和理论计算表明,该文所设计的均流器对进入水箱的水流具有抑流作用,能有效降低进水速度,减弱了水箱中冷热水的混合程度,使得水箱的斜温度层厚度减小,进而使得水箱的分层效率提高。     

分层-掺混切换式蓄热水箱热特性实验及评价研究

稳定分层、充分掺混是蓄热水箱实现高效供暖和恒温出水2种功能的重要手段。该研究设计一种分层-掺混一体式蓄热水箱,可实现2种功能的有效切换,满足分层高效供暖和恒温生活热水在不同时段、不同季节的灵活需求。搭建一套蓄热水箱热力学特性测试实验系统,利用分层效率、效率等蓄热水箱热性能评价指标,研究不同尺寸、流量、温度下分层-掺混式蓄热水箱的热力学性能及动态响应特征。以125 L的实验蓄热水箱为例,结果表明：在分层模式下,热分层速率、稳定性显著优于常规水箱,效率和分层效率明显提高,效率可达90%以上;在掺混模式下,掺混速度明显提高,分层效率迅速降低到0.10,实现了蓄热水箱的完全混合,结果对分层-掺混双效水箱的开发与应用具有一定指导。     

双圆台型高温太阳能蓄热系统传热特性研究

提出一种新型太阳能蓄热系统(双圆台型),然后建立数学模型并进行模型验证,最后计算多种变参数条件下蓄热系统的传热特性。研究结果表明:增大传热介质的入口温度、流速均能提高蓄热装置的蓄热速率;对比单圆台型储热系统的出口温度,结果发现双圆台型系统的热利用率显著提高;在该文的数值计算参数范围内,当传热介质的进口温度和流速分别为747 K和1.2 m/s时,双圆台型系统的蓄热效果最优。研究结果对于认识和揭示高温太阳能高效光热转换及利用具有参考价值。