PDF《一种利用太阳能提升温室灌溉用井水温度 装置的设计与试验》

4 .

2 结果与分析 分别在乌鲁木齐的初春和冬季时节对装置进行连续试验 测试, 选择晴天的中午进行太阳能加热试验. 由于试验过程 ―

8 5

2 ― 江苏农业科学

2 0

1 8年第

4 6卷第

1 9期 是动态测量, 不同太阳辐射和环境温度会对试验的结果产生 影响, 但总的趋势是不变的.以下是针对不同时间、 不同流 量、 不同集热板个数得到的试验结果.

2 .

1 不同流量水温变化测试 测量时间选择在初春 3月20日, 测量

1 2 :

0 0 ―1

5 :

3 0时 间段水温, 采用 3种不同流量进行测试.随着环境温度的提 高, 分别在

1 2 :

0 0 ―1

3 :

0 0设定流量为

1 7

2 . 4k g / h ,

1 3 :

0 0 ―

1 4 :

0 0设定流量为

3 4

7 . 4k g / h ,

1 4 :

0 0 ―1

5 :

3 0设定的流量为

5 5

3 . 3k g / h .从图 5可以看出, 采用第 1种流量时, 中间出水 口温度比进水口温度高约 5℃, 出水口温度比进水口温度高 约10℃( 图5- A ) .采用第 2种流量时, 中间出水口温度比 进水口温度高约

2 . 5℃, 出水口温度比进水口温度高约 5℃ ( 图5- B ) .采用第 3种流量时, 增温效果不太明显( 图5- C ) .因此, 流量大小对装置性能有一定的影响.

2 .

2 装置最佳工作流量的确定 为使太阳能井水增温装置发挥其最佳性能, 需对最佳工作 流量进行确定.根据热能公式 Q= c m Δ T , 式中: Q为热能( J ) ;

c 为水的比热容[ J / ( k g ・℃) ] ;

m为水的质量( k g ) ;

Δ T为温度 差( ℃) .为简化计算, 认为水的比热容不变, 因此集热器输出 的热能与水的质量和温度差的乘积成正比.冬季中午乌鲁木 齐大棚内灌溉用井水的温度通常在 8℃左右, 井水温差范围为

4 ~ 8℃.根据试验记录数据, 将装置的进水流量换算成每 3m i n通过装置的流量, 流量范围确定为

6 .

3 2 ~

1 5

1 5k g / 3m i n . 在上述条件下, 目标函数定义为装置输出的热能, 即: m a x ( Q )= c m Δ T m<

1 5 .

1 5k g m>

6 .

3 2k g Δ T<

8℃ Δ T ? ? ? ? ? ? ? >

4℃ . (

1 ) 利用复合形法计算得到进入装置的流量为

8 .

6 2k g / 3m i n时集热器输出的热量值最多[

1 6 ] , 因此装置的最佳工作 流量为

1 7

2 . 4k g / h .

2 .

3 单一流量水温变化测试 测量时间选择在初春 3月30日, 测量

1 3 :

0 0 ―1

7 :

0 0时 间段水温, 流量固定为

1 7

2 . 4k g / h .从图 6可以看出, 此时大 棚室温在

1 5~

2 0℃, 进水口温度与室温较为接近, 中间出水 口温度在

1 3 :

3 0左右达到最高, 约为

2 2 . 5℃, 其他时间基本 保持在

2 0℃附近.出水口温度最高达到

2 6℃, 其他时间保 持在

2 4℃左右.分析可得出, 在初春时节, 当灌溉用水流量 保持最佳值不变时, 太阳能井水增温装置可以起到明显增温 效果, 单个集热器使用时, 可提升水温约为 4℃, 2个集热器 串联使用时, 可提升水温约为 8℃, 工作较为稳定, 效果良好.

2 .

4 冬季单一流量水温变化测试 试验时间选择在冬季

1 1月20日, 测量

1 2 :

2 0 ―1

5 :

0 0时 间段的水温, 从图 7可以看出, 大棚室温在

1 2 :

2 0时约为

2 2℃.这是由于冬季温室大棚内部装有加热装置, 因此较为 温暖.而寒冷天气导致地下井水温度较低, 此时井水温度为 8℃, 该温度不利于温室灌溉.使用太阳能井水增温装置, 同 时保持进水量为