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太阳能—空气源双源一体式热泵系统研究

作　者: 卜其辉
导　师: 秦红
学　校: 广东工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 太阳能-空气能双源一体式性能 FLUENT仿真模拟
分类号: TK019
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文通过理论研究和试验结合的方法完成了太阳能—空气能双源一体式高效热泵的理论和实验研究。集热蒸发器是太阳能-空气源热泵最关键的设备,其性能和造价对太阳能—空气源热泵系统性能和经济性有十分重要的影响。本课题研究的高效集热蒸发器要能同时高效吸收太阳能和空气能,但单独吸收太阳能和单独空气能时集热器的最优结构参数有所不同,对于吸收空气能,要求增强对流换热,减少空气流动阻力；对于吸收太阳能,要求翅片能较好得面向太阳,减少太阳入射角的同时增加太阳直射面积。本文首先通过计算机进行理论模拟研究。模拟出集热蒸发器最优结构参数和在各种结构参数下的太阳直射辐射量及总辐射量,并与平板、普通空气源热泵蒸发器直接暴露在空气中,接受太阳能辐射进行了对比分析,本高效集热蒸发器对太阳能的吸收要比普通空气源热泵集热蒸发器多25%-35%,比平板式集热器略高7.3%。其次通过FLUENT对高效集热器的结构对空气流动的影响进行仿真模拟,通过调整翅片的形状、角度和间距等结构参数,使得空气与吸热板充分接触,同时促进气流流动,减少流动阻力,提高对流换热能力的同时提高太阳辐射能的吸收,比较集热蒸发器的热量收益比例,得出集热器的最优结构参数,形成完整优化设计方法。最后,在理论研究的基础上,进行样机的试制,并进行了室内和室外实验。室内实验主要模拟在不同的工况下双源一体式热泵系统和KRS-150L空气源热泵系统的性能比较,并研究了在不同温度和不同风速下双源一体式高效集热器的对流换热系数的变化；另外,本文在室外不同的天气情况下对双源一体式热泵系统和KRS-150L空气源热泵系统进行了试验,实验结果表明,本双源一体式高效热泵热水系统不但可以有效地吸收太阳能,还能有效地吸收空气中的能量,具有良好的热性能,在不同的天气情况下,其COP大约在2.7—5.0之间,优于传统的空气源热泵系统的2.7-4.5。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
物理量名称及符号表  7-14
第一章绪论  14-21
  1.1 太阳能能源利用背景  14-15
  1.2 国内外太阳能发展现状及研究水平  15-18
  1.3 本课题的来源、研究目的及主要研究内容  18-19
  1.4 项目的产业化前景分析  19-21
第二章直膨式太阳能热泵  21-26
  2.1 太阳能热泵系统简介  21-22
  2.2 直膨式太阳能热泵的工作原理  22-23
  2.3 直膨式太阳能热泵系统主要技术问题及解决办法  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章高效集热器结构模型的提出以及传热理论  26-45
  3.1 高效集热器的物理模型  26-27
  3.2 高效集热蒸发器传热理论计算  27-33
    3.2.1 太阳能吸收量  27-29
    3.2.2 空气能吸收量  29-32
    3.2.3 太阳能-空气能双源模式传热方程  32-33
  3.3 空气能面积复核  33-39
    3.3.1 高效集热蒸发器尺寸的确定  34-35
    3.3.2 高效集热蒸发器面积复核计算  35-39
  3.4 太阳能吸收的对比分析  39-45
    3.4.1 与普通空气能热泵蒸发器对比  39-42
    3.4.2 与平板式太阳能集热器对比  42-44
    3.4.3 本章小结  44-45
第四章高效集热器结构对空气流动影响的数值模拟计算  45-65
  4.1 引言  45-46
  4.2 研究对象及数学模型  46-51
    4.2.1 研究对象  46-47
    4.2.2 数学模型  47-49
    4.2.3 网格的划分  49-51
  4.3 数值模拟计算  51-55
    4.3.1 设置求解器  51-52
    4.3.2 设置流体材料属性  52-53
    4.3.3 设置边界条件  53-55
  4.4 计算结果分析  55-64
    4.4.1 不同风速下翅片管换热过程分析  55-60
    4.4.2 不同温度下翅片管换热过程分析  60-61
    4.4.3 不同倾角下翅片管换热过程分析  61-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章太阳能-空气能双源一体式高效热泵系统实验研究  65-93
  5.1 实验装置的搭建及其工作原理  65-68
    5.1.1 实验台的搭建  65-66
    5.1.2 实验装置搭建的工艺过程  66-67
    5.1.3 实验装置的工作原理  67-68
  5.2 实验内容及方法  68-76
    5.2.1 实验内容  68-70
    5.2.2 实验原理  70-74
    5.2.3 实验方法与步骤  74-76
  5.3 数据处理及结果分析  76-91
    5.3.1 室内实验  76-85
    5.3.2 室外实验  85-91
  5.4 本章小结  91-93
结论与展望  93-95
  结论  93
  展望  93-95
参考文献  95-99
攻读学位期间发表的论文及专利  99-101
致谢  101

太阳能—空气源双源一体式热泵系统研究

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