硕士论文答辩PPT-北建工.doc

本文由tonny0808贡献 ppt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 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 gso ? I ? A = A ? U g (T g o ? T a m ) + h rg (T g o ? T g i ) + h (T go ? T gi ) + h rago (T g o ? T a s ) 内侧玻璃板热平衡方程 gsi ? I ? A = A ? hrg (Tgi ? Tgo ) + h (Tgi ? Tgo ) + hragi (Tgi ? Tas ) + hag (Tgi ? T f ) 空气热平衡方程 A ? hag (Tgi ? T f ) + haso (Tas ? T f ) + hasi (Tas ? T f ) + hab (Tb ? T f ) = c ? m ? (Tout ? Tin ) 集热板热平衡方程 A ? hrao (Tas ? Tam ) + hrago (Tas ? Tgo ) + hragi (Tas ? Tgi ) + haso (Tas ? T f ) + hasi (Tas ? T f ) + hrab (Tas ? Tb ) = gs ? aso ? I ? A ? (1 ? ) 背板热平衡方程 A ? hrab (Tas ? Tb ) + ? gs ? b ? I = A ? hab (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/m2 600 v m/s 0.3 0.143 表4-2 已知条件设置 因素 单位 大小 Tin 20 Tam 10 Tw 20 Ain m2 0.02 Aout m2 0.02 Aapd m2 0.08 g 0.9 g 0.08 aco 0.08 b 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 Tas 55 50 Temperature / Temperature / e 55 50 60 Tas 45 Tb 40 35 Tgi 30 Tf 25 Tgo 20 15 0.4 Tin 0.5 0.6 0.7 W /m 0.8 Tout 45 Tb 40 Tout 35 Tgi 30 25 20 15 0.06 Tf Tgo Tin 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 Tas 55 60 70 50 Tas Temperature / 40 35 30 Tb Tout Tgi Tf Temperature / 45 50 40 Tb Tout Tgi Tf 30 25 Tgo 20 15 1.2 Tin 1.3 1.4 1.5 1.6 H /m 1.7 1.8 1.9 2 10 400 500 20 Tgo 600 700 I /(W/m2) 800 900 1000 Tin 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 Temperature / Tas 60 55 50 Temperature / 45 Tb 40 35 30 Tf 25 Tin Tas 45 40 35 30 25 Tgo 20 15 0.1 Tgi Tout Tb Tout Tgi Tf Tgo 20 15 0.1 Tin 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Velocity /(m/s) 0.9 1 1.1 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2732 的范围内，出口空气平均温度在34.545.5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35， 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 14：00 15: 30 进 口 流 速 开 孔 直 径 集 热 器 宽 集 热器 厚 v/(m/s) d/mm W/mm D/mm 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/(m2k),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3mm。 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/m2，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5-15-8所示： 图 5-1 collector 温度场 图 5-2 plane0 温度场 图 5-3 plane1 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 plane2 温度场 图 5-5 plane0 流速场 图 5-6 plane1 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 plane2 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 kg/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 0.040 0.050 进口温度 K 283.15 283.15 283.15 283.15 283.15 283.15 283.15 283.15 283.15 283.15 283.15 283.15 283.15 283.15 283.15 283.15 出口温度 K 289.18 287.89 287.25 286.90 295.44 292.42 287.71 287.53 295.49 290.79 287.65 286.18 287.81 285.69 286.18 285.26 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 -532.9 -57.8 -221.7 -413.3 -595.6 -206.3 -372.7 -479.8 -645.4 太阳辐射 W/m2 421.5 421.5 421.5 421.5 592.2 592.2 592.2 592.2 518.3 518.3 518.3 518.3 297.2 297.2 297.2 297.2 吸热面积 m2 0.4 0.48 0.56 0.64 0.56 0.64 0.4 0.48 0.64 0.56 0.48 0.4 0.48 0.4 0.64 0.56 太阳辐射量 W 168.6 202.3 236.0 269.8 331.7 379.0 236.9 284.3 331.7 290.2 248.8 207.3 90.1 75.0 120.1 105.1 % 71.5 71.4 71.9 72.3 75.0 76.6 77.4