PDF《太阳能蓄热水箱内置隔板开孔方式对蓄热性能的影响》

第35 卷第10 期农业工程学报Vol.

35 No.10

2019 年5月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering May

2019 191 太阳能蓄热水箱内置隔板开孔方式对蓄热性能的影响 王烨1,2 ,王瑞君

1 ,鲁红钰

1 ,宋荣飞

1 ,蔺虎相

1 (1. 兰州交通大学环境与市政工程学院,兰州 730070;

2. 兰州交通大学 铁道车辆热工教育部重点实验室,兰州 730070) 摘要:为研究太阳能蓄热水箱内具有相同开孔面积、不同开孔数量的隔板对热分层及蓄热性能的影响,该文对安装有 不同开孔方式隔板的不同流动参数条件下水箱内换热过程进行数值分析.结果表明:热水和冷水入口温度分别为

333 和303 K、热水和冷水入口流速分别为 0.05 和0.5 m/s 情况下,开孔面积为 0.0079 m2 的1个开孔隔板水箱热分层效率最高, 为2.341;

与相同开孔面积的

1 个开孔隔板相比,开孔面积为 0.0314 m2 的5个开孔隔板使得水箱内高温水的容积得到显 著扩展,开孔数量对水箱冷热水出口温差的影响很微弱,开孔面积越大,开孔数量对理查森数的影响越明显.当用户端 用水量在一定范围内变化时,理查森数随用户用水量的增大而减小,在冷水入口流速低于 0.3 m/s 范围内增大该流速破坏 热分层的可能性更大.热水入口温度分别为

333 和343 K 对应的热水出口温度最大相对偏差为 0.22%,但这

2 种工况对 冷水出口温度几乎没有影响.研究结果可为液体分离设备中的孔板结构优化设计提供一定的理论参考. 关键词:太阳能;

温度;

流场;

蓄热水箱;

隔板开孔方式;

热分层效率 doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.024 中图分类号:TU822 文献标志码:A 文章编号:1002-6819(2019)-10-0191-08 王烨,王瑞君,鲁红钰,宋荣飞,蔺虎相. 太阳能蓄热水箱内置隔板开孔方式对蓄热性能的影响[J]. 农业工程学报, 2019,35(10):191-198. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.024 http://www.tcsae.org Wang Ye, Wang Ruijun, Lu Hongyu, Song Rongfei, Lin Huxiang. Influence of arrangement of holes on barrier of hot water tank on heat storage performance[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(10): 191-198. (in Chinese with English abstract) doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.024 http://www.tcsae.org

0 引言? ? 在太阳能热水系统中,热能收集和使用时间的不同 步性使得蓄热水箱在整个系统中起着至关重要的作用. 因此,如何改善蓄热水箱的蓄热性能成为了行业研究热 点之一.其中,在水箱内设置隔板是一种行之有效的方 法,其原理主要是通过隔板改变流场结构来优化水箱内 的温度场结构.研究内容主要包括隔板高度、数量、安 装角度[1-4] ,隔板形状[5-7] 等.另外,还可以通过改变水箱 的形状[8-10] 、流体流动参数[11-13] 、在水箱内设置流动管或 导流槽[14-16] 、 在水箱内部或外部加设保温材料[17-18] 以及对 水箱的放置方式和进出口结构进行改进[19-22] 等措施来 提高整个水箱的蓄热能力.但对于相同隔板开孔面积、 不同开孔方式对太阳能蓄热水箱蓄热性能影响的研究还 未见报道.本文通过计算和对比隔板相同过流断面面积 条件下太阳能蓄热水箱内换热过程的多个工况,对比分 析了不同流动参数以及不同隔板开孔方式对太阳能蓄热 水箱热分层及蓄热性能的影响.目的在于根据当地太阳 能强度、用户对热水的需求特点以及回水参数等因素设 计合适的隔板结构,调整流体参数,最大限度地利用太 阳能资源并降低运行能耗. 收稿日期:2019-01-20 修订日期:2019-02-19 基金项目:国家自然科学基金(51476073, 51266004) ;