硕士论文答辩PPT-北建工.pdf

本文由t o n n y 0808贡献 p p t 文档可能在WAP端浏览体验不佳 建议您优先选择TXT 或下载源文件到本机 查看 硕士学位论文答辩 适用于农村的太阳能空气集 适用于农村的太阳能空气集 热器的理论与实验 研究 目录 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 绪论 农村住宅采暖能耗及节能改造研究 太阳 辐射计算 太阳能空气集热器传热理论计算与分析 太阳能空气集热器三维数值模拟 运 行实验 实际应用模拟及创新性设计 结论 1 绪论 1 1 研究背景 传统的火炕 火墙 火炉和土暖气分散式 采暖方式 热效率只有 15 左右 我国有 丰富的太阳能资源 农村空间开阔 利用 太阳能的的经济效益和可 操作性远高于城 市 1 绪论 1 2 研究现状 太阳能空气集热器的基本结构 1 绪论 1 3 研究目的及内容 本项目研究目的是分析农村住宅现状 研究一种价格 低廉 效果比较好的太阳 能集热技术 实现农村住宅 冬季白天太阳能采暖的目的 实现农村住宅节能设计 和 太阳能热利用 农村住宅能耗分析 太阳辐射理论研究 空气集热器换热过程理论研究 太阳能空 气集热器的数值模拟 实验验证及分析 应用效果及经济性分析 2 农村住宅采暖能耗及节能改造研究 首先分析新 旧农村住宅的建筑能耗特征 针对其特征提出节 能改造方案 分 析节能改造后的节能效果 屋顶保温 更换外窗 外墙保温 增加吊顶 节能方案 附加阳光间 改善门窗密封性 改善门窗密封性 减少通风量 2 农村住宅采暖能耗及节能改造研究 新住宅使用不同外窗的能耗分析 2 农村住宅采暖能耗及节能改造研究 新住宅能耗随保温层厚度的变化 2 农村住宅采暖能耗及节能改造研究 其它节能改造方案节能分析 2 农村住宅采暖能耗及节能改造研究 结论 1 北方地区农村住宅选用外窗时以高透射率低传热系数 的外窗为最 佳 2 对于旧住宅 节能的重点是外窗的隔热性和密封性 其次是屋顶的保温和 设吊顶 3 对于新建住宅 除需考虑外窗的节能外 还需注意屋 顶和北墙的保温 4 附加阳光间是农村住宅很好的节能方式之一 3 太阳辐射计算 建立了全国通用的太阳辐射计算模型并编制成计算软件 可计 算出任何地方 任何时刻 任何倾角下的太阳辐射数据并得出 太阳能集热器的最佳倾角 月平均日太阳辐照量及公式拟合计算软件输出界面 3 太阳辐射计算 北京 上海 不同集热器倾角时月平均日太阳辐照量随月份的变化 3 太阳辐射计算 p a g e 1 北京冬季 太阳辐照总量随集热器倾角的变化 各地集热器最佳倾角 地区 冬季 全年 北京 61 6 34 4 西安 57 4 30 4 上海 54 0 27 4 广州 46 8 20 6 北京全年 3 太阳辐射计算 中国任何地区 任意时刻集热器某一倾角下的太阳辐射 数据 可以输出得到太 阳辐照度在某一天的变化情况 日太阳辐照总量在某一月及一年中的变化 3 太阳辐射计算 上海地区太阳辐照度在 12月15日随时间的变化 上海地区太阳辐照度在 12月15日随日期的变化 上海地区太阳辐照度在12 月15日随日子书的变化 4太阳能空气集热器传热理论计算与分析 太阳能空气集热器传热理论计算与分析 建立 计算模型 图 4 1 集热器传热计算模型 无隔板 图 4 2 集热器立体示意图 带隔板 4太阳能空气集热器传热理论计算与分析 太阳能空气集热器传热理论计算与分析 热网络模型图 图 4 3 太阳能空气集热器热网络模型图 4太阳能空气集热器传热理论计算与分析 太阳能空气集热器传热理论计算与分析 太阳能空气集热器热平衡方程 外侧玻璃板热平衡方程 g s o I A A U g T g o T a m h r g T g o T g i h T g o T g i h r a g o T g o T a s 内 侧玻璃板热平衡方程 g s i I A A h r g Tg i Tg o h Tg i Tg o h r a g i Tg i Ta s h a g Tg i T f 空气热平衡方程 A h a g Tg i T f h a s o Ta s T f h a s i Ta s T f h a b Tb T f c m To u t Ti n 集热板热平衡方程 A h r a o Ta s Ta m h r a g o Ta s Tg o h r a g i Ta s Tg i h a s o Ta s T f h a s i Ta s T f h r a b Ta s Tb g s a s o I A 1 背板热平衡方程 A h r a b Ta s Tb g s b I A h a b Tb T f w Tb Tw w 4太阳能空气集热器传热理论计算与分析 太阳能空气集热器传热理论计算与分析 无隔板时计算结果 表4 1基本条件设置 变化因素 单位 大小 W m 0 6 D m 0 08 H m 1 6 I W m 2 600 v m s 0 3 0 143 表4 2 已知条件设置 因素 单位 大小 Ti n 20 Ta m 10 Tw 20 Ai n m 2 0 02 Ao u t m 2 0 02 Aa p d m 2 0 08 g 0 9 g 0 08 a c o 0 08 b p a g e 2 0 08 4太阳能空气集热器传热理论计算与分析 太阳能空气集热器传热理论计算与分析 无隔板时计算结果 60 Ta s 55 50 Te m p e r a t u r e Te m p e r a t u r e e 55 50 60 Ta s 45 Tb 40 35 Tg i 30 Tf 25 Tg o 20 15 0 4 Ti n 0 5 0 6 0 7 W m 0 8 To u t 45 Tb 40 To u t 35 Tg i 30 25 20 15 0 06 Tf Tg o Ti n 0 07 0 08 0 09 0 1 0 11 D m 0 12 0 13 0 14 0 15 0 9 1 图 4 4 计算结果随集热器宽度 W 的变化 图 4 5 计算结果随集热器厚度 D 的变化 4太阳能空气集热器传热理论计算与分析 太阳能空气集热器传热理论计算与分析 无隔板时计算结果 60 Ta s 55 60 70 50 Ta s Te m p e r a t u r e 40 35 30 Tb To u t Tg i Tf Te m p e r a t u r e 45 50 40 Tb To u t Tg i Tf 30 25 Tg o 20 15 1 2 Ti n 1 3 1 4 1 5 1 6 H m 1 7 1 8 1 9 2 10 400 500 20 Tg o 600 700 I W m 2 800 900 1000 Ti n 图 4 6 计算结果随集热器高度 H 的变化 图 4 7 计算结果随太阳辐射强度 I 的变化 4太阳能空气集热器传热理论计算与分析 太阳能空气集热器传热理论计算与分析 无隔板时计算结果 60 55 50 Te m p e r a t u r e Ta s 60 55 50 Te m p e r a t u r e 45 Tb 40 35 30 Tf 25 Ti n Ta s 45 40 35 30 25 Tg o 20 15 0 1 Tg i To u t Tb To u t Tg i Tf Tg o 20 15 0 1 Ti n 0 12 0 14 0 16 0 18 0 2 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 Ve l o c i t y m s 0 9 1 1 1 p a g e 3 1 2 图 4 8 计算结果随空气进口流速 v 的变化 图 4 9 计算结果随开孔率 的变化 4太阳能空气集热器传热理论计算与分析 太阳能空气集热器传热理论计算与分析 小结 在本文的计算条件下 空气的平均温度在27 32 的范围内 出口空气平 均温度在34 5 45 5 的范 围内 空气的温升很明显 且出口空气温度在冬季供 热可以接受的范围内 可以用来进行冬季供热 集热器各部分温度包括出口空气 温度和空气平均温度 随各因素的变化规律在有隔板时与无隔板时十分一致 但出口 空气温度有隔板型比无隔板型平均高3 5 设置隔板可以有效增强空气在集热器通 道内的对流换 热强度 换热效果得到了提高 5太阳能空气集热器三维数值模拟 太阳能空气集热器三维数值模拟 建立 各因素水平表 表5 1 各因素水平表 5 1 水平号 1 2 3 4 太阳辐射I 1 10 00 12 00 14 0 0 15 30 进 口 流 速 开 孔 直 径 集 热 器 宽 集 热器 厚 v m s d m m W m m D m m 2 0 8 1 2 1 6 2 0 3 8 10 12 14 4 250 300 350 400 5 80 100 120 140 5太阳能空气集热器三维数值模拟 太阳能空气集热器三维数值模拟 边界条件设置 表5 2 边界条件设置 玻璃盖板 吸热板 背板 其它表面 进口 出口 混合边界条 件 与外界对流换热系数h 4 W m 2 k 环境温度 268K 外部发射率为1 对太阳辐 射为半透明介质 玻璃板 的吸收率为0 1 透射率为0 85 厚度3m m 对太阳辐射为 非透明介质 材料为铜 吸收率为0 95 绝热 热流密度为0 w m 2 对太阳辐射为非 透明介质 吸收 率为0 9 绝热 速度进口 速度大小依模拟方案而定 自由出流 5太阳能空气集热器三维数值模拟 太阳能空气集热器三维数值模拟 模拟结果 以进口空气温度为283 15K时 试验5为例模拟结果 如以下各图5 1 5 8所示 图 5 1 c o l l e c t o r 温度场 图 5 2 p l a n e 0 温度场 图 5 3 p l a n e 1 温度场 5太阳能空气集热器三维数值模拟 太阳能空气集热器三维数值模拟 模拟结果 图 5 4 p l a n e 2 温度场 图 5 5 p l a n e 0 流速场 图 5 6 p l a n e 1 流速场 5太阳能空气集热器三维数值模拟 太阳能空气集热器三维数值模拟 模拟结果 图 5 8 集热板上及前 后空气通道内的温度分布 图 5 7 p l a n e 2 流速场 5太阳能空气集热器三维数值模拟 太阳能空气集热器三维数值模拟 表5 3 进口空气温度为283 15K时模拟结果 试验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 流量 k g s 0 020 0 030 0 040 0 050 0 020 0 030 0 040 0 050 0 020 0 030 0 040 0 050 0 020 0 030 0 0 40 0 050 进口温度 K 283 15 283 15 283 15 283 15 283 15 283 15 283 15 283 1 5 283 15 283 15 283 15 283 15 283 15 283 15 283 15 283 15 出口温度 K 289 1 8 287 89 287 25 286 90 295 44 292 42 287 71 287 53 295 49 290 79 287 65 28 6 18 287 81 285 69 286 18 285 26 进口总热流 W 300 8 451 2 601 5 751 9 300 8 451 8 602 4 753 0 300 8 451 2 601 5 751 9 300 8 451 2 601 5 751 9 出口总热流 W 180 2 306 8 431 9 557 0 51 9 161 5 419 1 53 2 9 57 8 221 7 413 3 595 6 206 3 372 7 479 8 645 4 太阳辐射 W m 2 4 21 5 421 5 421 5 421 5 592 2 592 2 592 2 592 2 518 3 518 3 518 3 518 3 297 p a g e 4 2 297 2 297 2 297 2 吸热面积 m 2 0 4 0 48 0 56 0 64 0 56 0 64 0 4 0 48 0 6 4 0 56 0 48 0 4 0 48 0 4 0 64 0 56 太阳辐射量 W 168 6 202 3 236 0 269 8 33 1 7 379 0 236 9 284 3 331 7 290 2 248 8 207 3 90 1 75 0 120 1 105 1 7 1 5 71 4 71 9 72 3 75 0 76 6 77 4 77 4 73 3 7