圆锥形顶太阳能蓄热水箱锥顶结构及运行参数优化

为获得顶部为圆锥形结构的太阳能蓄热水箱最优锥顶结构及运行参数,对水箱在有内置隔板情况下的10种锥顶结构进行了数值设计,结果表明:在给定流动参数条件下,锥顶角在173.1°~118.1°间变化对水箱内热分层影响效果相当,高温热水区域范围略有增大;对于锥顶高度为0.09 m、锥顶角为159.6°的最佳结构水箱,水箱出口附近高温热水区域范围随冷水入口流速增大逐渐缩小、随热水入口温度提高而增大,但提高热水入口温度对于高温热水区域范围的增大程度在较高冷水入口流速时要小于较低冷水入口流速时的情况;在其他流体参数不变的情况下,冷热水出口温差随冷水入口流速增大呈上升趋势,但当冷水入口流速增大到一定值时其对增大冷热水出口温差的贡献趋于平缓;在冷水入口流速较小时提高热水入口温度对于增大冷热水出口温差的贡献要略大于冷水入口流速较大时的情况。热水入口温度为333 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.9 m/s组合而成的工况以及热水入口温度为343 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.9 m/s组合而成的工况适合于"小流量大温差"的热用户运行模式;热水入口温度为333 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.1 m/s组合而成的工况以及热水入口温度为343 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.1 m/s组合而成的工况适合于热用户对热水供应量需求较大的情况。     

太阳能蓄热水箱运行工况优化

为寻求适应乌鲁木齐地区太阳能资源实际情况的最优蓄热水箱结构并确定不同时段的最佳运行工况,该研究对25种不同工况下太阳能蓄热水箱内的流动与传热过程进行数值分析。结果表明:球顶结构的水箱热分层效果最好,平顶结构的水箱热分层效果最差。在11:30、13:00、15:00、16:20和18:00,冷水入口流速0.42、0.42、0.1、0.18和0.26 m/s时,球顶结构的蓄热水箱无量纲?值最小,分别为0.879、0.873、0.879、0.881和0.874,水箱的热分层效果最好。以蓄热水箱的瞬时换热效率作为评价指标,对考察的5个时刻,球顶结构的水箱的瞬时换热效率均在冷水入口流速0.1 m/s时达到最大值,蓄热效率最高。如果只采用蓄热水箱供暖,水箱的冷水入口流速下限值为0.26 m/s;对于冷水入口流速低于0.26 m/s的工况,可采用水箱并联或者水箱与电加热锅炉联合运行模式。研究结果可为不同气候条件下太阳能热水利用系统的优化运行提供参考。     

太阳能干燥相变储热水箱的放热性能

为降低传统干燥能耗,强化太阳能干燥用储热水箱的储放热能力,在普通储热水箱中添加了硬脂酸/膨胀石墨相变储热材料,研究了放热温差、储热单元体积对装置放热性能的影响。研究结果表明:相变储热水箱放热时间、放热量随着放热温差和储热水箱中储热单元体积的增加均有所提升,储热单元的添加对储热水箱的放热效果影响更为显著。放热效率则随着放热温差的增大而降低,随着储热水箱中储热单元体积的增加而显著提升;储热水箱中储热单元体积为35%时,相变储热水箱的放热时间比普通储热水箱最多提升了1.26倍,放热温度最大可提高8.7℃,热效率最多可提高22.56%。     

立面阳台式太阳能热水器的性能特性

以阳台平板太阳能热水器和全玻璃真空管太阳能热水器为对象,研究太阳能集热器南立面横排和竖排放置,自然循环和强制循环对系统热性能和水箱分层的影响。结果表明,对于立面阳台式全玻璃真空管太阳能热水器,集热器横排放置比竖排放置系统循环快,热效率提高12%。对于立面阳台式平板太阳能热水器,自然循环时无论是横排放置还是竖排放置,液体循环不流畅,系统热效率均小于30%;采用强制循环能有效改善循环状况,平均进出口温差稳定,系统热效率约为63%。     

发泡水泥对日光温室黏土砖墙保温蓄热性能的改善效果

为改善老旧黏土砖墙的保温蓄热性能,使用发泡水泥对黏土砖墙进行加厚并进行了试验测试。对照温室黏土砖墙由120 mm黏土砖+100 mm聚苯板+240 mm黏土砖（从室内至室外）构成,试验温室结构、管理与对照温室相同,仅北墙采用200 mm 的发泡水泥对原有黏土砖墙进行了加厚（简称为“改造砖墙”）。通过对比分析2温室墙体在典型晴天和阴天内的温度变化,表明：在晴天夜间,黏土砖墙和改造砖墙外表面温度比室外气温分别高(2.8±0.9)和(0.8±0.2)℃,黏土砖墙和改造砖墙内表面温度比室内气温分别高(1.5±0.5)和(2.4±0.2)℃。在阴天,黏土砖墙全天内表面温度全天低于室内气温,而改造砖墙内表面温度在17：30－次日08：00期间较室内气温高(0.3±0.2)℃。因此,采用发泡水泥加厚黏土砖墙不仅可减少墙体热损失,还能增加墙体夜间散热量。     

深层坑渗灌不同开孔方式单点土壤入渗特性研究

为了探讨深层坑渗灌灌水器不同开孔方式对湿润体的影响,通过室内机理试验研究了砂壤土条件下底面开孔、侧面开孔以及底面和侧面同时开孔的3种灌水器的入渗特性,试验结果表明:开孔方式对累积入渗量,空间3个方向最大湿润锋运移距离以及土壤含水率均产生影响,采用幂函数拟合各方向湿润锋与时间的变化关系,在对3种灌水器条件下的湿润体形状分析基础上,建立了湿润体体积计算模型,验证了该模型精度。在实际应用过程中,对于根系分布较浅的作物,可选取侧面开孔灌水器;对根系分布较深的作物,则选择底部开孔的灌水器。研究结果为深层坑渗灌技术的发展奠定了基础。     

制作方式对日光温室相变蓄热材料热性能的影响

日光温室墙体能否在有限的日照时间内高效蓄集太阳能,与日光温室墙体层的构筑方式以及所采用的建筑材料的热工性能（热阻、比热容、体积质量）直接关联。该研究将所研制的相变材料与普通建筑基材分别以直接混合方式和插层方式制成复合相变蓄热墙体材料板,通过比较试验的方法,从蓄热温度、时间、以及蓄热量等方面,比较了2种不同构筑方式对复合相变蓄热墙体材料蓄/放热特性和传热性能的影响规律。结果表明：同样蓄（放）热温度条件下,直混试件比插层试件提前70?min结束蓄（放）热;直混试件的蓄热量比插层试件大10%,放热量大15%,直接混合方式制成的复合相变蓄热墙体材料板的传热性能和蓄放热效率更好。该研究结果可为相变蓄热技术在日光温室建筑墙体的科学应用提供方法与建筑热工理论参考。     

溶液热回收型太阳能集热/再生器的再生性能分析

该文使用溶液热回收的方法提高太阳能集热/再生器(collector/regenerator)的再生效率。通过数值模拟的方法分析玻璃盖板高度、溶液参数、空气参数、太阳辐射强度等因素对溶液侧有热回收的太阳能集热/再生器再生效率的影响。结果显示,在模拟条件下,使用热回收器使装置的溶液再生段由1 m升高为1.5 m,再生效率增加约93.6%,相当于C/R板长近似增加0.8 m,且热回收器效率越高装置再生性能越好;流量参数存在最佳值使得再生效率最高,且空气流量(溶液流量)的最佳值随着溶液流量(空气流量)的提高而增加。空气流量的较佳范围为100~150 kg/h,溶液流量的较佳范围为8~15 kg/h;在流量参数的较佳范围内,分析玻璃盖板高度对系统性能的影响,发现玻璃盖板高度的较佳范围为0.08~0.1 m;加热溶液比加热空气更能有效的提高再生效率;减小溶液的浓度或减小再生用空气的相对湿度,均会提高再生效率;在全年太阳能辐射强度较强地区宜采用带热回收器的C/R装置。这些结果为太阳能集热/再生器的设计和性能分析提供了一定的理论依据。     

通水间断时长对太阳能低温地板采暖系统供暖性能的影响

为了揭示供暖水泵通断模式对太阳能低温地板采暖系统供暖性能的影响,试验和理论研究了通水时长相同间断时长不同时系统的供回水温差变化规律,分析了系统的供热量、热损失率、运行能耗及太阳能保证率的变化,研究了供暖时系统内外因素与供热量的相关性,研究结果表明:太阳能采暖系统23 d不同通断模式的运行试验结果表明,环境条件相近及通水时长都为8min时,间断时长越长,供回水温差越大;系统在3种通断模式下的供热量由高到低依次为间断6、5、11 min;间断6 min时比间断5 min时系统太阳能保证率增多5.27%,热损失率减少2.79%,运行能耗减少6.67%,对比可得间断6 min时系统运行较好;由23 d的运行效果可得,间断6 min时系统平均供热效率最高;室外温度、供水温度、回水温度、流量、风速等因素与供热量都有显著相关性,供水温度和环境温度对系统供热量影响较大,循环流量和环境风速的影响较小。     

太阳能猪舍地道通风方式对舍内热环境的影响

为了调控猪舍地面的温度及降低舍内相对湿度,该文的太阳能猪舍采用了地道通风方式。猪只一天之中70%以上的时间以躺卧休息为主,躺卧区的温度环境,尤其是地面的温度调控极为重要。该文以长春地区的猪舍为研究对象,利用附加阳光间吸收太阳辐射为猪床和猪舍提供热量。在通风道内正压通风、负压通风和无风机的不同工况下,对采用地道通风方式的太阳能猪舍进行试验研究。结果表明：在寒冷季节室外温度大约是?13℃,试验猪舍比对照猪舍的温度平均高3.0℃,相对湿度RH（relative humidity）平均降4%;在试验猪舍中,距离地道进风口2 m的地面,白天通风道正压通风比通风道无风机温度平均高0.7℃,比通风道负压通风的温度平均高1.5℃,晚上正压通风比无风机温度平均高1.1℃,比负压通风的温度平均高2.9℃;距离进风口1 m的地面,白天正压通风比无风机温度平均高3.6℃,比负压通风的温度平均高3.8℃;晚上正压通风比无风机温度平均高6.4℃,比负压通风的温度平均高6.9℃。因此,在太阳能猪舍采用地道通风方式对提高猪舍的地面温度,降低舍内相对湿度具有重要意义。     

蓄能型振荡热管太阳能集热器的热性能

太阳能集热器是太阳能热泵系统的核心部件.该文设计了一种蓄能型振荡热管太阳能集热器,将其应用于蓄能型太阳能热泵系统中,可根据太阳辐射强度切换工作模式,实现太阳能分季节全天候利用,能提高系统热力性能.搭建了蓄能型振荡热管太阳能集热器热性能测试试验台,对振荡热管换热器内充灌不同工质(R134a、乙醇/水、丙酮/水)、集热管内分别利用空气显热蓄能或者石蜡潜热蓄能的蓄能型振荡热管太阳能集热器在白天和夜间工况下的热性能开展了试验研究.结果表明:振荡热管换热器内充灌R134a的集热器,白天工况下集热效率最高,平均集热效率在0.45以上,利用石蜡蓄热时最高达到了0.90;日有用得热量最大,最低可达到7.14 MJ/(m2·d);夜间工况下供热水水温最高.无论利用空气和石蜡蓄能,白天工况下集热器瞬时集热效率均与太阳辐射强度的变化规律相反.真空管内利用石蜡蓄能的蓄能型振荡热管太阳能集热器,阴雨天其集热效率远高于利用空气蓄能的集热器,平均提高64.0％,夜间供水水温均能保持在50℃以上,高于利用空气蓄热的集热器.该研究可为蓄能型太阳能热泵的推广应用提供参考依据.     

蓄能型太阳能热泵用复合相变材料热性能分析

为了满足蓄能型太阳能热泵系统在不同季节太阳辐射强度下的储能需求,该文提出一种分季节蓄能型复合相变材料,可实现对太阳能的最大化利用。根据前期研究基础,以48#石蜡、62#石蜡和癸酸(capric acid,CA)配制了48/62和CA/62两种复合相变材料,对不同配比时复合材料的热性能分别进行了DSC试验和蓄热性能试验研究,结果表明不同配比复合材料的潜热和最高吸热峰对应温度均随着62#石蜡含量的增加呈现增大的趋势;复合相变材料的蓄热过程均分为固态显热蓄热、相变蓄热、液态显热蓄热3个阶段;CA/62复合相变材料DSC(differential scanning calorimeter)曲线出现了明显的2个固-液相变峰,其蓄热曲线中相变蓄热过程又分成2段,分别对应癸酸和62#石蜡的固-液相变过程。因此CA/62复合相变材料可用于蓄能型太阳能热泵系统实现分季节蓄能。     

蓄能材料对内插热管式太阳能热泵系统冬季性能的影响

为充分利用太阳能,提高太阳能热泵系统能效比,该研究提出了一种蓄能型内插热管式太阳能热泵系统,可实现太阳能分季节最大化利用。搭建了系统性能试验台,在南京地区开展了2 a的试验研究,对比分析了相近环境条件下充灌或未充灌相变材料的系统瞬时集热效率、平均集热效率、系统性能系数和供水水温等随太阳辐射波动性的变化规律。结果表明在与冬季白天相近的太阳辐射强度、太阳辐射波动性和环境温度下,充灌相变材料系统的瞬时集热效率波动性比未充灌的系统降低近60%,平均集热效率较未充灌的系统提高25%以上。夜间工况下,充灌相变材料系统的COP(coefficient of performance)可达3.0以上,且能更快达到供热水温50℃,时间缩短20%以上。研究结果可为太阳能热泵系统的推广应用提供参考。     

基于太阳能烟囱发电系统集热性能试验的集热棚倾角优选

选取太阳能烟囱发电系统集热特性为研究对象,针对太阳能烟囱发电系统在不同集热棚倾角的集热特性进行试验测试。对不同集热棚倾角下蓄热层温度场及集热棚内竖直平面温度场的分布特性参数进行计算分析。通过对呼和浩特地区太阳能烟囱集热棚倾角为0°~40°分别进行比较分析结果表明:在呼和浩特地区10°集热棚倾角在春夏秋季不同太阳辐照强度GHI(global horizontal irradiance)下,蓄热层温度场温度存在最大值且均匀性最佳;竖直平面温度场温度分布最佳;竖直平面内Gr数最大。得出在10°集热棚倾角下太阳能烟囱集热棚内各项集热性能具有最优值。此试验研究为在呼和浩特地区实现太阳能烟囱搭建提供技术支撑。     

固化沙蓄热后墙日光温室热工性能试验

结合西北非耕地地区多沙的特点,在因地制宜、就地取材的基础上,该课题组设计了1种以多孔砖和固化沙为后墙结构主要材料的新型复合墙体日光温室。该日光温室有被动蓄热后墙和主动蓄热后墙2种类型,被动蓄热后墙以固化沙为主要蓄热体,主动蓄热后墙在被动蓄热墙体的基础上增设了蓄热循环系统。通过在内蒙古乌海地区进行试验,分析其热工性能,并与当地普通砖墙日光温室性能进行比较分析。试验结果表明,晴天条件下,固化沙被动蓄热后墙温室、固化沙主动蓄热后墙温室、普通砖墙温室的夜间平均气温分别为13.7、17.0、12.8℃。阴天条件下,3座温室的夜间平均气温分别为10.6、13.8、10.0℃。固化沙被动蓄热后墙温室墙体内部恒定温度区域处于500~740 mm之间,蓄热体厚度近500 mm,其中固化沙蓄热体厚度近380 mm。固化沙主动蓄热后墙温室的墙体内部恒定温度区域处于740~1 000 mm之间,蓄热体厚度超过740 mm,其中固化沙蓄热厚度超过620 mm。综上,固化沙主动蓄热后墙日光温室的热工性能明显优于固化沙被动蓄热后墙日光温室及当地普通砖墙日光温室,可满足喜温作物的越冬生产,在西北多沙地区具有一定的实用推广价值。     

装配式主动蓄热墙体日光温室热性能分析

主动蓄热墙体日光温室作为节能日光温室的一种发展形势,具有较好的蓄放热效果,但施工速度慢、建造成本高。该文采用不同施工工艺建造装配式主动蓄热墙体,对传统主动蓄热墙体日光温室(G1)、回填装配式主动蓄热墙体日光温室(G2)、模块装配式主动蓄热墙体日光温室(G3)进行冬季室内环境测试。试验结果表明,连续晴天条件下,G1、G2、G3的夜间平均气温分别为15.2、16.0、17.3℃,连续阴天条件下,3座温室的夜间平均气温分别为11.3、12.9、13.0℃;连续31 d(2017-12-22至2018-01-21)的测试结果分析表明3座温室的气温总体表现为G3略优于G2,G3、G2均优于G1;G1、G2、G3在典型晴天蓄热体厚度分别为700~800、800~900、700~800 mm,在典型阴天蓄热体厚度分别为300~400、500~600、500~600 mm,G2、G3蓄热体厚度较G1大;G1的每平方米建筑成本为461.1元,G2、G3分别较G1降低了71.2、162.1元;运行成本表现为G1G2G3。综上,G3的空气及墙体的温度与G2差异不大,但均优于G1,可满足番茄的越冬生产。因此,装配式日光温室主动蓄热墙体的技术方案可行,且成本较低,在适宜日光温室发展的地区具有一定的推广价值。