配有太阳集热器太阳池的数值模拟研究

论文摘要

太阳池是一种很好的集热和长期储热装置,目前传统盐梯度太阳池的理论和实验研究都已比较成熟。但由于水透光性的影响,目前太阳池的集热性能较差,为此本文提出利用太阳集热器辅助加热太阳池,使太阳池在供热量和供热质量上均能大幅提高。本文选用全玻璃真空管型太阳集热器,将集热器和太阳池结合,发挥太阳池能够长期大量储热和集热器集热效率高的优点。建立配有太阳集热器太阳池的一维有限差分模型,模拟了配有100m2太阳集热器的300m2太阳池在不同条件下的温度变化情况,在提热量同为30 W／m2的情况下,配有太阳集热器的太阳池LCZ层温度明显高于未配太阳集热器的太阳池,最大温差超过50℃。说明仅凭太阳池本身吸收太阳辐射能并不能充分利用太阳池的储热性能。分析了NCZ层厚度对太阳池热性能的影响,结果表明若达到最佳效果,配有集热器后NCZ层厚度比未配集热器时的厚度稍有增加,对下部LCZ层的保温效果更加显著。将两种太阳池的热效率进行了对比,计算得出配有太阳集热器太阳池的热效率可达未配太阳集热器太阳池的3.70倍,加入集热器在提高太阳池能量利用的总效率方面效果显著。引入了太阳池的能量占地比概念,并对本文模拟的太阳池进行了分析和计算,结果表明,配有太阳能集热器的太阳池能量占地比是传统盐梯度太阳池的2.78倍。并与太阳能热水器比较,更加突出配有太阳集热器太阳池的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 太阳池技术概述
• 1.2 太阳池应用领域
• 1.3 国外太阳池的研究进展
• 1.4 国内太阳池的研究进展
• 1.5 太阳池技术的发展趋势及新型太阳池简介
• 1.6 本课题的研究内容
• 2 太阳集热器
• 2.1 太阳集热器分类
• 2.1.1 闷晒式热水器
• 2.1.2 平板型太阳集热器
• 2.1.3 全玻璃真空管集热器
• 2.1.4 热管真空管集热器
• 2.2 太阳集热器热效率
• 2.3 太阳集热器类型选用
• 2.4 本章小结
• 3 配有辅助太阳集热器太阳池的物理模型
• 3.1 配有辅助太阳集热器太阳池的结构
• 3.2 控制方程
• 3.2.1 温度控制方程
• 3.2.2 盐浓度控制方程
• 3.3 太阳池的热稳定性
• 3.4 主要参数计算公式
• 3.4.1 太阳池各层对太阳辐射能的吸收
• 3.4.2 气象条件
• 3.4.3 池水物性参数
• 3.4.4 土壤物性参数
• 3.5 本章小结
• 4 配有辅助太阳集热器太阳池的数值模拟
• 4.1 数值传热学相关理论基础
• 4.1.1 方程的离散化方法
• 4.1.2 方程组的求解方法
• 4.2 辅助太阳集热器太阳池模型建立
• 4.2.1 有限差分模型建立
• 4.2.2 太阳池内传热过程的模拟计算
• 4.3 数值计算结果与分析
• 4.3.1 模拟结果与实验值对比
• 4.3.2 配有太阳集热器对太阳池温度的影响
• 4.3.3 两种太阳池热效率对比
• 4.4 本章小结
• 5 NCZ提热的初步探究
• 5.1 太阳池提热方式简介
• 5.2 改变太阳池提热位置
• 5.3 NCZ层提热的数学模型
• 5.4 改变提热位置对太阳池性能的影响
• 5.5 本章小结
• 6 太阳池配有辅助太阳集热器的经济性分析
• 6.1 我国全玻璃真空管太阳集热器的发展现状
• 6.2 土地利用分析比较
• 6.3 与太阳能热水器的比较
• 6.4 应用前景
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢