以R245fa为介质的蒸汽型太阳能集热系统集热特性模拟

论文摘要

太阳能技术利用太阳的能量为家庭、商业和工业提供了热量、光能、热水、电力,甚至冷量,例如光电系统(太阳能电池)、太阳能集热系统、被动式太阳能光热系统、太阳能热水系统、采暖系统及空间制冷系统。研究的方向主要有光电研究和光热研究。虽然太阳能系统的效率和可靠性增长速度惊人,并为越来越多的家庭和企业所选用,但它仍然有很大的改进空间。本课题在现有的太阳能热利用的研究和应用的基础上,提出了一种汽液分离式蒸汽型太阳能集热系统,并使用新工质R245fa。系统有两部分集热器构成,第一部分集热器将工质由液态加热转化为饱和气态,第二部分集热器将饱和气态的工质转化为高温高压的过热蒸气。在第一个过程中,工质处于混合的两相流状态,本文在第一级的集热器上设置汽液分离装置,保证工质蒸气的输出。由于在整个过程中,工质存在相变,储存了汽化潜热。而汽化潜热的数值要比普通的液态传热所吸收的热量大很多,从而获得了更多的可用能。本课题以大连为研究对象,建立了非稳态数学模型,选取了平板型集热器和热管型集热器,对上述过程进行了动态数值模拟,得到了集热器各部件的温度变化关系,并实现了液态向气态转变的过程。并对太阳辐射量、室外温度、室外风速、工质质量、工质质量流量、季节、地域等影响因素进行分析。最后对系统提出了改进方案,分析了用此系统进行制冷和发电的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 能源现状及我国太阳能分布特点
• 1.2 太阳能热利用分类及发展现状
• 1.3 太阳能集热器分类及国内外研究现状
• 1.3.1 集热器的分类
• 1.3.2 集热器数值模拟国内外研究现状
• 1.4 高温工质研究进展
• 1.5 太阳能蒸汽系统的国内外研究
• 1.6 本课题研究意义及内容
• 第2章 汽液分离蒸汽型太阳能集热系统数学模型
• 2.1 汽液分离蒸汽型太阳能集热系统原理
• 2.2 高温工质R245fa的物性参数及数学模型
• 2.2.1 高温工质R245fa的热物理性质
• 2.2.2 高温工质R245fa基础物性参数模型
• 2.2.3 高温工质R245fa热力性质数学模型
• 2.2.4 高温工质R245fa迁移性质数学模型
• 2.3 以R245fa为工质太阳能集热器热过程的瞬态数值模型
• 2.3.1 平板型太阳能集热器动态模型
• 2.3.2 热管式太阳能集热器动态模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 以R245fa为工质的蒸汽型太阳能集热系统的瞬态数值模拟
• 3.1 蒸汽型太阳能集热系统模拟原理
• 3.2 饱和液体循环过程模拟计算
• 3.2.1 气象条件
• 3.2.2 集热器基本物性参数
• 3.2.3 各部件热损失系数的计算
• 3.2.4 动态模型求解
• 3.2.5 计算结果分析
• 3.3 气液两相流受热过程模拟计算
• 3.3.1 气液两相流基本概念及相变原理
• 3.3.2 两相沸腾传热系数计算
• 3.3.3 动态模型求解
• 3.3.4 计算结果分析
• 3.4 饱和蒸汽过热过程模拟计算
• 3.4.1 热管型集热器管内工质的要求
• 3.4.2 无机超导热管型集热器及基本物性参数
• 3.4.3 热管中工质过热与集管工质的换热计算
• 3.5 正常工作阶段液体循环过程模拟计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 汽液分离蒸汽型太阳能集热系统影响因素分析及改进方案
• 4.1 汽液蒸汽型太阳能集热系统影响因素分析
• 4.1.1 平板型集热器的工质质量流量
• 4.1.2 平板型集热器的工质质量
• 4.1.3 全年典型日期的运行情况
• 4.1.4 全国典型地区的运行情况
• 4.2 汽液分离蒸汽型太阳能集热系统改进方案
• 4.2.1 系统启动前的工质预热
• 4.2.2 集热器形式的改进
• 4.3 本章小结
• 第5章 汽液分离蒸汽型太阳能集热试验台设计
• 5.1 实验房热负荷计算
• 5.1.1 实验房概况
• 5.1.2 热负荷计算方法
• 5.1.3 热负荷计算结果
• 5.2 太阳能集热器选型
• 5.2.1 双级太阳能集热器
• 5.2.2 热水采暖太阳能集热器
• 5.3 采暖系统设计
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 1 论文结论
• 2 系统应用展望
• 2.1 与制冷系统联合的太阳能集热系统展望
• 2.2 与发电系统联合的太阳能集热系统展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢